Nie každý chápe, prečo potrebujeme nejaké drahé superpočítače. Možno je to predvádzanie a plytvanie peniazmi? Skúsme to zistiť …
Bolo zverejnené nové hodnotenie 500 najvýkonnejších superpočítačov na svete. Tentoraz sa americké auto dostalo na prvé miesto a tlačilo čínskeho „kolegu“. Spoločnosť IBM uviedla na trh najvýkonnejší superpočítač, Summit, poverený Národným laboratóriom Oak Ridge amerického ministerstva energetiky. Výkon jeho systému sa odhadoval na 200 petaflop (200 kvadriliónov operácií za sekundu). Zatiaľ čo Čína a USA bojujú o „medailu“, ruské autá …
… sú spokojní iba s miestom v ôsmej desiatke. Ilya Plekhanov hovorí so svojimi výkonnými strojmi o počítačovej rase a nových možnostiach najväčších krajín sveta.
Po štandardnom teste Linpack, ktorý zachytáva prevádzkový výkon superpočítača, bol skutočným ukazovateľom amerického summitu 122,3 petaflop, zatiaľ čo výkon bývalého šampióna Číny, Sunway TaihuLight, bol 93 petaflop. Spojené štáty americké opäť získali dlaň v najproduktívnejších superpočítačoch, ktoré v roku 2013 prehralo v Číne.
Summit procesorov.
Nový americký samit sa skladá zo 4 608 serverov IBM AC922 s dvoma procesormi, ktoré sú napájané 22jadrovými procesormi IBM Power9, z ktorých každý je napájaný 6 GPU NVIDIA Tesla V100. Interné pripojenia používajú dvojpásmovú EDR InfiniBand sieť Mellanox s šírkou pásma 200 Gbps na server. Superpočítač beží na operačnom systéme Red Hat Enterprise Linux 7.4. MIT Technology Review uvádza, že samit váži viac ako osobné dopravné lietadlo a zaberá 2 tenisové kurty.
Ešte pred konečným dokončením systému vedci uskutočnili výpočty proti genómom, počas ktorých zaznamenali výkonnosť samitu 1,88 exaflopov. Podľa Thomasa Zachariáša, riaditeľa Národného laboratória Oak Ridge, je to prvýkrát v histórii, kedy bola bariéra 1 exaflops prelomená. V zime Číne hrozilo, že do konca tohto roka uvedie na trh počítač s výkonom 1 exaflopy, tj kvintilión (10 až 18. výkon) za sekundu, zatiaľ čo USA do roku 2021 vyčlenili 258 miliónov dolárov na vytvorenie superpočítača s výkonom viac ako 1 exaflopy. Vývoj, ktorý bol ohlásený v roku 2017, realizuje šesť amerických spoločností - Hewlett-Packard, IBM, Intel, NVIDIA, Cray a AMD.
Zvuk spustený superpočítačom:
Propagačné video:
Symbol moci krajiny
Vznik iného superpočítača je akýmsi prestížnym medzníkom a ukazovateľom toho, čo môže krajina urobiť, má zdroje a zručnosti, rozpočet zo stoviek miliónov dolárov na viac ako miliardu na vytvorenie superpočítača, existuje energetická kapacita na zásobovanie energiou, technické riešenia na odvádzanie tepla, majú svojich vlastných spracovateľov, kvalifikovaných pracovníkov a tak ďalej. Americký minister energetiky Rick Perry komentoval vystúpenie summitu:
Za kľúčovú možno považovať otázku národnej bezpečnosti, pretože Spojené štáty sú prinajmenšom znepokojené zámerom Číny stať sa lídrom v oblasti umelej inteligencie. Koniec koncov to znamená použitie AI vo vojenskej sfére.
Čínsky Sunway TaihuLight, ktorý išiel na druhé miesto, bol pre Čínu prielomom pri vytváraní vlastnej výpočtovej a elementárnej základne. Procesory Sunway TaihuLight sú založené na miestnej architektúre ShenWei vyvinutej Šanghajským štátnym vysoko výkonným IC Design Center. Systém vzájomného prepojenia uzlov medzi procesormi, známy ako Sunway Network, bol vyvinutý aj v Číne. Okrem toho má Sunway TaihuLight vlastnú implementáciu štandardu paralelného programovacieho softvéru, operačného systému SunWay Raise OS 2.0.5 založeného na Linuxe. To znamená, že Čína bola schopná prekonať svoju závislosť na amerických prvkoch a uvalených obmedzeniach na dodávku high-tech výrobkov od roku 2015.
Sunway TaihuLight.
V Rusku bol v roku 2009 na Moskovskej štátnej univerzite nainštalovaný superpočítač Lomonosov, ktorý obsahuje 6 654 výpočtových uzlov, viac ako 94 000 jadier procesorov a má špičkový výkon 1,37 Pflops. Skutočný výkon systému pri teste Linpack je 674 teraflopov, čo mu v júni 2011 umožnilo obsadiť 13. miesto v zozname najproduktívnejších počítačov Top500 na svete.
V marci 2018 Moskovská štátna univerzita oznámila, že sa vývoj dokončil a začala sa skúšobná prevádzka na novej časti superpočítača Lomonosov-2 so špičkovým výkonom 1,8 Pflops, čo mu v budúcnosti umožní priblížiť sa k hranici 5 Pflops. Nová sekcia superpočítača je založená na viacjadrových procesoroch Intel Skylake a GPU NVidia Pascal P100 s hardvérovou podporou vysokorýchlostného rozhrania NVLink.
"Lomonosov".
V marci predstavili zamestnanci Spoločného inštitútu pre jadrový výskum v Dubne v Moskovskom kraji nový superpočítač Govorun, ktorý sa použije na spracovanie údajov z budúceho nárazníka ťažkých iónov NICA. Výkon Govorun je 1 petaflops. Superpočítač je založený na procesoroch Intel Xeon Phi 7290 a Intel Xeon Gold 6154.
Superpočítače sa objavujú v Rusku, ale nie s takým výkonom, ktorý by bol zahrnutý v hodnotení Top500. V januári tohto roku Igor Chernykh, vtedajší vedúci Centra pre kolektívne použitie "Sibírskeho superpočítačového centra" ICM & MG SB RAS, uviedol:
Podľa Olega Gorbačova, riaditeľa podnikovej komunikácie skupiny spoločností RSK, by sa situácia mohla napraviť prostredníctvom národného programu:
Úlohy superpočítača
Superpočítač je potrebný na prácu s obrovským množstvom údajov a premenných - s informáciami meranými v exabajtoch (10 až 18. mocnina bajtov) a v yottabajtoch (10 až 24. mocnina bajtov). A nejde iba o objemy, ale aj o rýchlosť. Napríklad výpočty meteorologických podmienok sa ukážu ako bezvýznamné, ak budú trvať dlhšie ako začiatok konkrétneho javu počasia.
"Táraj".
Ďalšou otázkou je, že ťažkosti nevznikajú ani tak s počtom operácií za sekundu, ale so spracovaním tých algoritmov, ktoré vyžadujú také rýchlosti a taký počet procesorov. To znamená, že technické možnosti sa zlepšujú, ale tiež potrebujú matematické modely, napĺňanie softvéru - pochopenie toho, ako a čo sa má počítať.
Doktor fyzikálnych a matematických vied, vedecký pracovník Ústavu aplikovanej matematiky M. V. Keldysh Andrey Kuleshov vysvetľuje, aké sú špecifiká používania superpočítačovej technológie:
Ruskí vedci sa preto domnievajú, že zaostávanie Ruska za Spojenými štátmi a Čínou v petaflopách nie je také hrozné. Kľúčom k efektívnemu využívaniu strojov je vysoká matematická úroveň a skupina softvérových špecialistov v Rusku.
Čo robia teraz
Napríklad španielsky superpočítač MareNostrum (ako starí pohanskí Rimania nazývaný Stredozemné more) sa nachádza v priestoroch bývalej kresťanskej kaplnky Torre Girona a používa sa na výpočty genetického inžinierstva, astrofyzikov, vytváranie nových liekov a predpovedanie počasia.
Nie všetko sa však zameriava iba na rozsiahly vedecký výskum. Podnikanie tiež aktívne využíva superpočítače. Napríklad Ford používa výkonné automobily pri nárazových testoch, pri ktorých autá narazia do prekážky a musí sa nafilmovať, zmerať a analyzovať tona parametrov. Použitie superpočítača môže znížiť počet havarovaných automobilov a testovať náklady o tretinu, čím sa ušetria milióny dolárov.
Pomocou superpočítačov spoločnosť DuPont syntetizovala nový materiál, ktorý je nehorľavý, odolný proti korózii a málo toxický. V priebehu jedného týždňa sa potrebné výpočty vykonali na superpočítači, za ktorý celkovo strávili približne 5 tisíc dolárov. Štúdia „staromódny spôsob“by stála najmenej 50 tisíc dolárov a tri mesiace práce.
Simulácia nárazovej skúšky superpočítačom s prihliadnutím na poškodenie všetkých prvkov vozidla.
Partnerom turnaja vo Wimbledone v oblasti technológií je od roku 1990 americká spoločnosť IBM, ktorá organizátorom majstrovstiev poskytuje superpočítač Watson. S jeho pomocou sa analyzujú sociálne siete s cieľom identifikovať pozitívne a negatívne nálady fanúšikov, poskytnúť komentátorom akékoľvek porovnávacie údaje z archívov a automatizovať marketing a PR na internete.
Francúzska spoločnosť Total in průzkum ropy používa superpočítač na analýzu informácií o podloží. Modelovanie vám umožňuje nerobiť vŕtanie v prípade pochybností o prítomnosti oleja. V jednom takomto prípade zanechanie vŕtania spoločnosti ušetrilo asi 80 miliónov dolárov.
Pokiaľ ide o nový americký superpočítač, k nemu budú mať v tomto roku prístup niektoré projekty zamerané na modelovanie subatomického správania materiálov, identifikáciu faktorov spôsobujúcich rakovinu a štúdium interakcie proteínov a bunkových systémov. Hlavným zákazníkom v roku 2019 bude Ministerstvo energetiky, ktoré ho používa pre svoje alternatívne energetické výpočty. Summit sa v roku 2019 využije aj v aplikáciách umelej inteligencie.
S pomocou ruského superpočítača skupina Fakulty mechaniky a matematiky Moskovskej štátnej univerzity a Inštitútu aplikovanej matematiky Ruskej akadémie vied získala výsledky numerického modelovania tvorby a vývoja špičkových vírov v nadzvukových režimoch, pre potreby RSC Energia boli spracované seizmické údaje, boli vykonávané výpočty prietoku okolo kozmickej lode v atmosfére pri pristávaní na povrchu atmosféry. zeme. Lomonosov vyriešil aj problém prenosu hmoty a tepla pre sľubný jadrový reaktor. V apríli vedci z Fakulty fyziky Moskovskej štátnej univerzity skúmali rôzne typy polymerizačných reakcií pomocou počítačových simulácií na superpočítači Lomonosov-2.
Montážna dielňa RSC Energia.
Na jar tohto roku sa ukázalo, že Rosatom a Roscosmos začínajú testovať motory novej ruskej superťažkej rakety vo virtuálnej realite ako súčasť simulácie superpočítačom. Projekt sa začal už v roku 2014 a stálo takmer 270 miliónov rubľov. 30. januára 2018 bol podpísaný akt prijímania prác na vývoji softvéru pre virtuálne testy.
Čo môže v budúcnosti
Existuje veľa možností. Superpočítače sa môžu použiť na zvýšenie presnosti meteorologických predpovedí, diagnostikovanie, identifikáciu vzťahu medzi génmi a rakovinou, na simuláciu turbulencie, spaľovacích procesov, na vývoj nových materiálov, nových liekov, na simulovanie fungovania novej technológie, na výpočet deformácií tuhých látok s ohľadom na procesy ničenia, kontrola nad robotmi, modelovanie využívania moderných zbraní, na analýzu údajov zo satelitov a robotov, kryptografia, modelovanie vplyvu elektromagnetického žiarenia na kompozitné materiály (najmä na poťahy lietadiel), modelovanie mozgovej práce atď.
Superpočítače sa budú tiež podieľať na profilovaní osobnosti a implementácii systémov rozpoznávania tváre, monitorovania činnosti a sociálneho hodnotenia v Číne. Podľa niektorých predpovedí budú superpočítače schopné presne simulovať celý meteorologický systém Zeme, keď dosiahnu výkon vyšší ako 1 zetaflops (1000 exaflops). Vzhľad takýchto strojov sa očakáva do roku 2030.
Systém sledovania v čínskom meste Guiyang.
Kto má prístup
Nezáleží len na výkone superpočítača, ale aj na celkovom počte strojov v krajine a ich dostupnosti. Čím viac dátových centier, tým viac organizácií a inštitúcií k nim má prístup, môže sa vyriešiť širšia škála úloh.
V Rusku momentálne využíva možnosti jedného superpočítačového komplexu Moskovskej univerzity 2 500 odborníkov z 20 katedier Moskovskej štátnej univerzity, viac ako 100 ústavov Ruskej akadémie vied a viac ako 100 univerzít v Rusku.
Podľa projektu Top500 je krajinou s najväčším počtom super výkonných počítačov od júna tohto roku Čína: vlastní 206 superpočítačov z rebríčka (pred šiestimi mesiacmi bolo 201 systémov). Spojené štáty zároveň znížili svoj podiel v ratingu zo 143 systémov na 124. Je však možné poznamenať, že z hľadiska celkového výkonu všetkých systémov v krajine Spojené štáty tentokrát prevzali Čínu. Celková produktivita Ameriky je 38,2% z celkovej produktivity Top500, zatiaľ čo v Číne je 29,1%.
Priemerné zvýšenie výkonu superpočítačov na svete.
Japonsko (36 systémov), Veľká Británia (22 systémov), Nemecko (21 systémov), Francúzsko (18 systémov) sú z hľadiska počtu superpočítačov za Čínou a Spojenými štátmi.
Rusko má v rebríčku štyri superpočítače - jeden viac ako v predchádzajúcom zozname pred šiestimi mesiacmi. Lomonosov-2 obsadil 72. miesto, počítač v Roshydromete - 162. miesto, Lomonosov - 326. miesto, superpočítač v Kurchatovskom inštitúte - 458. riadok ratingu.
Čo bude ďalej?
A potom sa vyspelé krajiny budú snažiť prekonať fyzické obmedzenia existujúcich superpočítačov. Spoločnosti sa zamerajú na vytváranie technológií, ako sú kremíková fotonika, neuromorfické a kvantové výpočty, biopočítače a bunkové počítače. Napríklad v roku 2014 spoločnosť IBM spustila výskumné programy v prvých oblastiach s objemom finančných prostriedkov 3 miliardy dolárov.
Zrýchlenie vývoja nových materiálov a technológií pomocou superpočítačov rôznymi smermi môže v konečnom dôsledku dať kumulatívny obrovský impulz pre rozvoj krajín a ich technologické oddelenie od konkurentov. Rýchly rast produktivity počítača sa dokonca nazýva revolúciou vo vývoji civilizácie.
Ilja Plekhanov