Ikke alle forstår, hvorfor vi har brug for nogle dyre supercomputere. Måske er det et show-og spild af penge? Lad os prøve at finde ud af det …
En ny Top-500-vurdering af verdens mest magtfulde supercomputere er blevet offentliggjort. Denne gang indtog den amerikanske bil førstepladsen ved at skubbe til den kinesiske "kollega". IBM har lanceret den mest kraftfulde supercomputer, topmødet, bestilt af det amerikanske energiministerium Oak Ridge National Laboratory. Ydelsen af hans system blev estimeret til 200 petaflops (200 quadrillion operationer pr. Sekund). Mens Kina og USA kæmper for "medaljer", russiske biler …
… er tilfredse med kun et sted i den ottende ti. Ilya Plekhanov taler om computerløbet og de nye muligheder i verdens største lande med deres magtfulde maskiner.
Efter den almindelige Linpack-test, der fanger driftsydelsen for en supercomputer, var den virkelige indikator for det amerikanske topmøde 122,3 petaflops, mens ydeevnen for den tidligere mester, Kinas Sunway TaihuLight, var 93 petaflops. Så USA genvandt håndfladen i de mest produktive supercomputere, som de mistede for Kina i 2013.
Processor-topmøde.
Det nye amerikanske topmøde består af 4.608 dual-processor IBM AC922-servere drevet af 22-core IBM Power9-processorer, der hver er drevet af 6 NVIDIA Tesla V100 GPU'er. Interne forbindelser bruger et Mellanox dual-rail EDR InfiniBand-netværk med 200 Gbps båndbredde pr. Server. Supercomputeren kører på operativsystemet Red Hat Enterprise Linux 7.4. MIT Technology Review rapporterer, at topmødet vejer mere end en passagerflyvning og besætter 2 tennisbaner.
Allerede før den endelige færdiggørelse af systemet kørte forskerne beregninger mod genomer, hvor de registrerede topmødets ydelse på 1,88 exaflops. Dette er første gang i historien, at den 1 exaflops barriere er blevet brudt, ifølge Thomas Zachariah, direktør for Oak Ridge National Laboratory. Om vinteren truede Kina med at lancere en computer med en ydelse på 1 exaflops ved udgangen af dette år, det vil sige en kvintillion (10 til 18. magt) af operationer pr. Sekund, mens USA tidligere tildelte $ 258 millioner til at skabe en supercomputer med en ydelse på mere end 1 exaflops inden 2021. Udviklingen, som annonceret i 2017, udføres af seks amerikanske virksomheder - Hewlett-Packard, IBM, Intel, NVIDIA, Cray og AMD.
Supercomputer kører lyd:
Salgsfremmende video:
Symbolet for landets magt
Fremkomsten af en anden supercomputer er en slags prestigefyldt milepæl og en indikator for, hvad landet kan gøre, har det ressourcer og færdigheder, budgettet fra hundreder af millioner dollars til over en milliard for at skabe en supercomputer, er der energikapacitet til strømforsyning, tekniske løsninger til varmefjerning, har de deres egne processorer, kvalificeret personale og så videre. Den amerikanske energisekretær Rick Perry kommenterede topmødets udseende:
Det er spørgsmålet om national sikkerhed, der kan betragtes som nøglen, da USA i det mindste er bekymret over Kinas intention om at blive førende inden for kunstig intelligens. Når alt kommer til alt betyder dette brugen af AI i den militære sfære.
Den kinesiske Sunway TaihuLight, der gik på andenpladsen, var et gennembrud for Kina i at skabe sin egen databehandlings- og elementbase. Sunway TaihuLight-processorer er baseret på den lokale ShenWei-arkitektur udviklet af Shanghai State High Performance IC Design Center. Systemet med interprocessorforbindelse af knudepunkter, kendt som Sunway Network, blev også udviklet i Kina. Derudover har Sunway TaihuLight sin egen implementering af den parallelle programmeringssoftwarestandard, det Linux-baserede SunWay Raise OS 2.0.5-operativsystem. Det vil sige, at Kina var i stand til at overvinde sin afhængighed af amerikanske elementer og de pålagte restriktioner for udbuddet af højteknologiske produkter siden 2015.
Sunway TaihuLight.
I Rusland blev Lomonosov-supercomputeren i 2009 installeret ved Moskva State University, der indeholder 6 654 computerknudepunkter, mere end 94 000 processor-kerner, og har en maksimal ydelse på 1,37 Pflops. Systemets reelle ydelse på Linpack-testen er 674 teraflops, som gjorde det muligt at tage 13. pladsen på listen over Top500 mest produktive computere i verden i juni 2011.
I marts 2018 meddelte Moskva State University, at udviklingen var afsluttet, og at prøveoperationen var påbegyndt på en ny sektion af Lomonosov-2-supercomputeren med en topydelse på 1,8 Pflops, som i fremtiden vil give den mulighed for at komme tæt på 5 Pflops-grænsen. Den nye supercomputer-sektion er baseret på Intel Skylake multi-core processorer og NVidia Pascal P100 GPU'er med hardwarestøtte til højhastigheds NVLink-interface.
"Lomonosov".
I marts præsenterede medarbejdere ved Joint Institute for Nuclear Research i Dubna, Moskva-regionen en ny Govorun-supercomputer, som vil blive brugt til at behandle data fra den fremtidige NICA-tungioncollider. Govoruns præstation er 1 petaflops. Supercomputeren er baseret på 72-core Intel Xeon Phi 7290 og Intel Xeon Gold 6154-processorer.
Supercomputere vises i Rusland, men ikke med en sådan ydeevne, at de indgår i Top500-klassificeringen. I januar i år sagde Igor Chernykh, daværende fungerende leder af Center for Collective Use "Siberian Supercomputer Center" fra ICM & MG SB RAS:
Ifølge Oleg Gorbatsjov, direktør for virksomhedskommunikation i RSK-gruppen af virksomheder, kunne situationen rettes op af det nationale program:
Supercomputer-opgaver
Der kræves en supercomputer for at arbejde med en enorm mængde data og variabler - med information målt i exabyte (10 til 18. bytes effekt) og i yottabyte (10 til 24 bytes effekt). Og det handler ikke kun om mængder, men også om hastighed. For eksempel vil beregninger af meteorologiske forhold vise sig at være meningsløse, hvis de tager længere tid end begyndelsen af et bestemt vejrfænomen.
"Oplæser".
Et andet spørgsmål er, at der ikke opstår vanskeligheder med antallet af operationer pr. Sekund, men med udarbejdelsen af de algoritmer, der kræver sådanne hastigheder og et sådant antal processorer. Det vil sige, de tekniske kapaciteter forbedres, men de har også brug for matematiske modeller, softwareudfyldning - en forståelse af, hvordan og hvad man skal tælle.
Doktor i fysiske og matematiske videnskaber, chefforsker ved Institut for Anvendt Matematik M. V. Keldysh Andrey Kuleshov forklarer, hvad det særlige ved brug af superdatateknologi er:
Derfor mener russiske videnskabsmænd, at Russlands lag efter USA og Kina i petaflops ikke er så forfærdeligt. Nøglen til effektiv brug af maskiner er et højt matematisk niveau og en klasse softwarespecialister i Rusland.
Hvad laver de nu
For eksempel ligger den spanske supercomputer MareNostrum (som de gamle hedenske romere kaldte Middelhavet) i lokalerne til det tidligere kristne kapel i Torre Girona og bruges til gentekniske beregninger, astrofysikere, skaber nye medicin og forudsiger vejret.
Men ikke alt er kun fokuseret på videnskabelig forskning i stor skala. Forretningen bruger også aktivt supercomputere. For eksempel bruger Ford magtfulde biler i crashtest, hvor biler går ned i en hindring og et ton af parametre skal filmes, måles og analyseres. Brug af en supercomputer kan reducere antallet af rigtige biler, der er styrt, og teste omkostningerne med en tredjedel, hvilket sparer millioner af dollars.
Ved hjælp af supercomputere har DuPont syntetiseret et nyt materiale, der er ikke-brandfarligt, korrosionsbestandigt og lavt giftigt. I løbet af en uge blev de nødvendige beregninger foretaget på en supercomputer, som de i alt brugte omkring $ 5.000. Undersøgelsen "den gammeldags måde" ville koste mindst 50 tusind dollars og tre måneders arbejde.
Simulering af en crashtest af en supercomputer under hensyntagen til skaden på alle elementer i bilen.
Siden 1990 er partneren i Wimbledon-turneringen inden for teknologi det amerikanske firma IBM, der giver arrangørerne af mesterskabet supercomputeren Watson. Med sin hjælp analyseres sociale netværk for at identificere positive og negative stemninger hos fans, give kommentatorer alle sammenlignende data fra arkiverne og automatisere markedsføring og PR på Internettet.
Det franske selskab Total in oil exploration bruger en supercomputer til at analysere information om undergrunden. Modellering giver dig mulighed for ikke at ty til boring, når der er tvivl om tilstedeværelsen af olie. I et sådant tilfælde reddede virksomheden omkring 80 millioner dollars ved at opgive boringen.
Hvad angår den nye amerikanske supercomputer, vil nogle projekter have adgang til det i år til at modellere den subatomære opførsel af materialer, identificere faktorer, der forårsager kræft, og studere samspillet mellem proteiner og cellulære systemer. Den vigtigste kunde i 2019 vil være Department of Energy, der bruger den til sin alternative energikomputering. Summit vil også blive brugt i applikationer med kunstig intelligens i 2019.
Ved hjælp af en russisk supercomputer opnåede gruppen af Fakultet for Mekanik og Matematik fra Moskva State University og Institute of Applied Mathematics fra Det Russiske Videnskabelige Akademi resultater om numerisk modellering af dannelsen og udviklingen af tipvortices i supersoniske tilstande, seismiske data blev behandlet, for behovene hos RSC Energia, beregninger af strømmen omkring et rumfartøj under udførelse af overfladen Jorden. Lomonosov løste også problemet med masse og varmeoverførsel til en lovende atomreaktor. I april undersøgte forskere fra det fysiske fakultet ved Moskva State University forskellige typer af polymerisationsreaktioner ved hjælp af computersimuleringer på Lomonosov-2 supercomputer.
Samlingsbutik for RSC Energia.
I foråret i år blev det kendt, at Rosatom og Roskosmos begynder at teste motorer til en ny russisk supertung raket i virtual reality som en del af en superdatasimulering. Projektet begyndte tilbage i 2014 og kostede næsten 270 millioner rubler. Den 30. januar 2018 blev der undertegnet en akt for accept af værker til udvikling af software til virtuelle test.
Hvad kan i fremtiden
Der er mange muligheder. Supercomputere kan bruges til at øge nøjagtigheden af meteorologiske prognoser, diagnoser, til at identificere forholdet mellem gener og kræft, til at simulere turbulens, forbrændingsprocesser, til at udvikle nye materialer, nye lægemidler, til at simulere arbejdet med ny teknologi, til at beregne deformationer af faste stoffer under hensyntagen til destruktionsprocesser, kontrol over droner, simulere brugen af moderne våben, til at analysere data fra satellitter og droner, kryptografi, simulere virkningerne af elektromagnetisk stråling på kompositmaterialer (især på flybelægninger), simulere hjernefunktion og så videre.
Supercomputere vil også være involveret i personlighedsprofilering og implementering af ansigtsgenkendelsessystemer, aktivitetsovervågning og social vurdering i Kina. Ifølge nogle prognoser vil supercomputere være i stand til nøjagtigt at simulere hele vejrsystemet på Jorden, efter at de har opnået ydeevne på over 1 zetaflops (1000 exaflops). Sådanne maskiners udseende forventes i 2030.
Sporingssystem i Guiyang, Kina.
Hvem har adgang
Det er ikke kun ydelsen af den bedste supercomputer, der betyder noget, men også det samlede antal maskiner i landet og deres tilgængelighed. Jo flere datacentre, jo flere organisationer og institutioner kan få adgang til dem, jo større kan opgaver løses.
I Rusland bruges kapaciteterne i kun et supercomputer-kompleks ved Moskva-universitetet i øjeblikket af 2.500 specialister fra 20 afdelinger ved Moskva State University, mere end 100 institutter fra det russiske videnskabsakademi og mere end 100 universiteter i Rusland.
I henhold til Top500-projektet er landet med det største antal super-magtfulde computere fra juni i år Kina: det ejer 206 supercomputere fra rangeringen (for seks måneder siden var der 201 systemer). Samtidig reducerede De Forenede Stater sin andel i vurderingen fra 143 systemer til 124. Men det kan bemærkes, at når det gælder den samlede ydeevne for alle systemer i landet, overhalede De Forenede Stater Kina denne gang. Amerikas samlede produktivitet er 38,2% af Top500s samlede produktivitet, mens Kinas er 29,1%.
Den gennemsnitlige stigning i supercomputers magt i verden.
Japan (36 systemer), Storbritannien (22 systemer), Tyskland (21 systemer), Frankrig (18 systemer) står bag Kina og De Forenede Stater med hensyn til antallet af supercomputere.
Rusland har fire supercomputere i rangeringen - en mere end på den forrige liste for seks måneder siden. Lomonosov-2 indtog 72. plads, en computer i Roshydromet - 172, Lomonosov - 326. placering, en supercomputer i Kurchatov Institute - 458. linje i vurderingen.
Hvad er det næste?
Og så vil de avancerede lande arbejde for at overvinde de fysiske begrænsninger fra eksisterende supercomputere. Virksomhederne vil fokusere på oprettelse af teknologier såsom siliciumfotonik, neuromorfisk og kvante computing, oprettelse af biocomputere og cellulære computere. For eksempel lancerede IBM i 2014 forskningsprogrammer inden for de første områder med et finansieringsvolumen på 3 milliarder dollars.
Accelerationen af udviklingen af nye materialer og teknologier ved hjælp af supercomputere i forskellige retninger kan i sidste ende give en kumulativ kæmpe drivkraft til udviklingen af lande og deres teknologiske adskillelse fra konkurrenterne. Den hurtige vækst af computerproduktivitet kaldes endda en revolution i udviklingen af civilisationen.
Ilya Plekhanov