Nie wszyscy rozumieją, dlaczego potrzebujemy drogich superkomputerów. Może to popisywanie się i strata pieniędzy? Spróbujmy to rozgryźć …
Opublikowano nowy ranking Top-500 najpotężniejszych superkomputerów na świecie. Tym razem pierwsze miejsce zajął amerykański samochód, wypychając chińskiego „kolegę”. IBM wprowadził na rynek najpotężniejszy superkomputer Summit na zlecenie amerykańskiego Departamentu Energii Oak Ridge National Laboratory. Wydajność jego systemu oszacowano na 200 petaflopów (200 biliardów operacji na sekundę). Podczas gdy Chiny i Stany Zjednoczone walczą o „medale”, rosyjskie samochody …
… zadowalają się tylko miejscem w ósmej dziesiątce. Ilya Plekhanov opowiada o wyścigu komputerów i nowych możliwościach największych krajów świata dzięki ich potężnym maszynom.
Po standardowym teście Linpack, który rejestruje wydajność operacyjną superkomputera, prawdziwym wskaźnikiem amerykańskiego szczytu było 122,3 petaflopsa, podczas gdy wydajność byłego mistrza Chin Sunway TaihuLight wyniosła 93 petaflopy. Tak więc Stany Zjednoczone odzyskały palmę pierwszeństwa w najbardziej produktywnych superkomputerach, które straciły na rzecz Chin w 2013 roku.
Szczyt procesorów.
Nowy szczyt w Stanach Zjednoczonych składa się z 4608 dwuprocesorowych serwerów IBM AC922 opartych na 22-rdzeniowych procesorach IBM Power9, z których każdy jest zasilany 6 procesorami graficznymi NVIDIA Tesla V100. Połączenia wewnętrzne wykorzystują dwuszynową sieć EDR InfiniBand firmy Mellanox o przepustowości 200 Gb / s na serwer. Superkomputer działa w systemie operacyjnym Red Hat Enterprise Linux 7.4. MIT Technology Review donosi, że szczyt waży więcej niż samolot pasażerski i zajmuje 2 korty tenisowe.
Jeszcze przed ostatecznym ukończeniem systemu naukowcy przeprowadzili obliczenia względem genomów, podczas których zarejestrowali wydajność szczytu na poziomie 1,88 eksaflopów. Według Thomasa Zachariaha, dyrektora Oak Ridge National Laboratory, jest to pierwszy przypadek w historii przełamania bariery 1 eksaflopów. Zimą Chiny zagroziły, że do końca tego roku uruchomią komputer o wydajności 1 eksaflopa, czyli kwintyliona (10 do 18 potęgi) operacji na sekundę, podczas gdy Stany Zjednoczone przeznaczyły wcześniej 258 mln dolarów na stworzenie superkomputera o wydajności większej niż 1 eksaflop do 2021 roku. Rozwój, zgodnie z zapowiedzią z 2017 roku, realizuje sześć amerykańskich firm - Hewlett-Packard, IBM, Intel, NVIDIA, Cray i AMD.
Dźwięk pracy superkomputera:
Film promocyjny:
Symbol potęgi kraju
Pojawienie się kolejnego superkomputera to swego rodzaju prestiżowy kamień milowy i wyznacznik tego, co kraj może zrobić, czy dysponuje zasobami i umiejętnościami, budżetem od setek milionów dolarów do ponad miliarda na stworzenie superkomputera, czy są możliwości energetyczne do zasilania, rozwiązania inżynieryjne do odprowadzania ciepła, czy mają własnych przetwórców, wykwalifikowany personel i tak dalej. Sekretarz ds. Energii USA Rick Perry skomentował wystąpienie Summit:
To kwestia bezpieczeństwa narodowego może być uznana za kluczową, ponieważ Stany Zjednoczone są co najmniej zaniepokojone zamiarami Chin, by stać się liderem w dziedzinie sztucznej inteligencji. W końcu oznacza to wykorzystanie AI w sferze militarnej.
Chiński Sunway TaihuLight, który zajął drugie miejsce, był dla Chin przełomem w tworzeniu własnej bazy obliczeniowej i elementarnej. Procesory Sunway TaihuLight są oparte na lokalnej architekturze ShenWei opracowanej przez Shanghai State High Performance IC Design Center. System międzyprocesorowego połączenia węzłów, znany jako Sunway Network, został również opracowany w Chinach. Ponadto Sunway TaihuLight posiada własną implementację standardu oprogramowania do programowania równoległego, oparty na Linuksie system operacyjny SunWay Raise OS 2.0.5. Oznacza to, że Chiny były w stanie przezwyciężyć zależność od elementów amerykańskich i nałożone ograniczenia w dostawach produktów high-tech od 2015 roku.
Sunway TaihuLight.
W Rosji w 2009 roku superkomputer Łomonosowa został zainstalowany na Moskiewskim Uniwersytecie Państwowym, który zawiera 6 654 węzłów obliczeniowych, ponad 94 000 rdzeni procesorów i osiąga szczytową wydajność 1,37 Pflops. Rzeczywista wydajność systemu w teście Linpacka wynosi 674 teraflopów, co pozwoliło mu zająć 13. miejsce na liście 500 najbardziej produktywnych komputerów świata Top500 w czerwcu 2011 roku.
W marcu 2018 roku Moskiewski Uniwersytet Państwowy ogłosił, że prace rozwojowe zostały zakończone i rozpoczęto próbną eksploatację nowej sekcji superkomputera Lomonosov-2 o maksymalnej wydajności 1,8 Pflops, co w przyszłości pozwoli zbliżyć się do granicy 5 Pflops. Nowa sekcja superkomputerów oparta jest na wielordzeniowych procesorach Intel Skylake i procesorach graficznych NVidia Pascal P100 ze sprzętową obsługą szybkiego interfejsu NVLink.
„Łomonosow”.
W marcu pracownicy Wspólnego Instytutu Badań Jądrowych w Dubnej w obwodzie moskiewskim zaprezentowali nowy superkomputer Govorun, który będzie używany do przetwarzania danych z przyszłego zderzacza ciężkich jonów NICA. Wydajność Govorun to 1 petaflops. Superkomputer oparty jest na 72-rdzeniowych procesorach Intel Xeon Phi 7290 i Intel Xeon Gold 6154.
Superkomputery pojawiają się w Rosji, ale nie z taką wydajnością, aby znaleźć się w rankingu Top500. W styczniu tego roku Igor Czernykh, ówczesny po szefa Centrum Zbiorowego Użytku „Syberyjskie Centrum Superkomputerowe” ICM & MG SB RAS, powiedział:
Według Olega Gorbaczowa, dyrektora ds. Komunikacji korporacyjnej grupy RSK, sytuację mógłby poprawić krajowy program:
Zadania superkomputera
Do pracy z ogromną ilością danych i zmiennych potrzebny jest superkomputer - z informacjami mierzonymi w eksabajtach (od 10 do 18 potęgi bajtów) oraz w jottabajtach (od 10 do 24 potęgi bajtów). I to nie tylko o objętości, ale także o szybkości. Na przykład obliczenia warunków meteorologicznych okażą się bezsensowne, jeśli potrwają dłużej niż początek określonego zjawiska pogodowego.
"Gaduła".
Inną kwestią jest to, że trudności pojawiają się nie tyle z liczbą operacji na sekundę, ile z opracowaniem tych algorytmów, które wymagają takich prędkości i takiej liczby procesorów. Oznacza to, że możliwości techniczne ulegają poprawie, ale potrzebują też modeli matematycznych, wypełniania oprogramowania - zrozumienia, jak i co liczyć.
Doktor nauk fizycznych i matematycznych, główny pracownik naukowy w Instytucie Matematyki Stosowanej M. V. Keldysh Andrey Kuleshov wyjaśnia, jakie są specyfiki korzystania z technologii superkomputerów:
Dlatego rosyjscy naukowcy uważają, że opóźnienie Rosji w stosunku do Stanów Zjednoczonych i Chin w petaflopach nie jest tak straszne. Kluczem do efektywnego wykorzystania maszyn jest wysoki poziom matematyczny i klasa specjalistów od oprogramowania w Rosji.
Co oni teraz robią
Na przykład hiszpański superkomputer MareNostrum (jak starożytni pogańscy Rzymianie nazywali Morze Śródziemne) znajduje się na terenie dawnej chrześcijańskiej kaplicy Torre Girona i jest wykorzystywany do obliczeń inżynierii genetycznej, astrofizyków, tworzenia nowych leków i prognozowania pogody.
Ale nie wszystko koncentruje się wyłącznie na badaniach naukowych na dużą skalę. Biznes również aktywnie wykorzystuje superkomputery. Na przykład Ford wykorzystuje potężne samochody w testach zderzeniowych, w których samochody zderzają się z przeszkodą, a mnóstwo parametrów musi zostać sfilmowanych, zmierzonych i przeanalizowanych. Korzystanie z superkomputera może zmniejszyć liczbę prawdziwych samochodów powypadkowych i koszty testów o jedną trzecią, oszczędzając miliony dolarów.
Korzystając z superkomputerów, firma DuPont zsyntetyzowała nowy materiał, który jest niepalny, odporny na korozję i mało toksyczny. W ciągu tygodnia niezbędne obliczenia przeprowadzono na superkomputerze, na który łącznie wydali około 5 tys. Dolarów. Badanie „w staromodny sposób” kosztowałoby co najmniej 50 tysięcy dolarów i trzy miesiące pracy.
Symulacja testu zderzeniowego przez superkomputer z uwzględnieniem uszkodzeń wszystkich elementów samochodu.
Od 1990 roku partnerem turnieju Wimbledonu w zakresie technologii jest amerykańska firma IBM, która dostarcza organizatorom mistrzostw superkomputer Watson. Z jego pomocą sieci społecznościowe są analizowane w celu identyfikacji pozytywnych i negatywnych nastrojów fanów, dostarczania komentatorom wszelkich danych porównawczych z archiwów oraz automatyzacji marketingu i PR w Internecie.
Francuska firma Total zajmująca się poszukiwaniem ropy naftowej wykorzystuje superkomputer do analizy informacji o podłożu. Modelowanie pozwala uniknąć wiercenia, gdy istnieją wątpliwości co do obecności oleju. W jednym z takich przypadków rezygnacja z wiercenia pozwoliła firmie zaoszczędzić około 80 milionów dolarów.
Jeśli chodzi o nowy amerykański superkomputer, niektóre projekty będą miały do niego dostęp w tym roku, aby modelować subatomowe zachowanie materiałów, identyfikować czynniki powodujące raka i badać interakcje białek i systemów komórkowych. Głównym odbiorcą w 2019 roku będzie Departament Energii, który wykorzystuje ją do obliczeń energii alternatywnej. Szczyt będzie również wykorzystywany w aplikacjach sztucznej inteligencji w 2019 roku.
Przy pomocy rosyjskiego superkomputera grupa Wydziału Mechaniki i Matematyki Uniwersytetu Moskiewskiego oraz Instytutu Matematyki Stosowanej Rosyjskiej Akademii Nauk uzyskały wyniki dotyczące numerycznego modelowania powstawania i rozwoju wirów wierzchołkowych w modach naddźwiękowych, przetworzono dane sejsmiczne na potrzeby RSC Energia, wykonano obliczenia przepływu wokół statku kosmicznego podczas wytracania prędkości w atmosferze. Ziemia. Łomonosow rozwiązał również problem przenoszenia masy i ciepła dla obiecującego reaktora jądrowego. W kwietniu naukowcy z Wydziału Fizyki Moskiewskiego Uniwersytetu Państwowego zbadali różne typy reakcji polimeryzacji, korzystając z symulacji komputerowych na superkomputerze Lomonosov-2.
Hala montażowa RSC Energia.
Wiosną tego roku okazało się, że Rosatom i Roscosmos zaczynają testować silniki nowej rosyjskiej superciężkiej rakiety w wirtualnej rzeczywistości w ramach symulacji superkomputera. Projekt rozpoczął się w 2014 roku i kosztował prawie 270 milionów rubli. 30 stycznia 2018 roku został podpisany akt odbioru prac nad wykonaniem oprogramowania do testów wirtualnych.
Co może w przyszłości
Istnieje wiele opcji. Superkomputery mogą służyć do zwiększania dokładności prognoz meteorologicznych, diagnoz, do identyfikacji zależności między genami a rakiem, do symulacji turbulencji, procesów spalania, do opracowywania nowych materiałów, nowych leków, do symulacji pracy nowej technologii, do obliczania deformacji ciał stałych z uwzględnieniem procesów niszczenia, kontrola nad dronami, modelowanie użycia nowoczesnej broni, analiza danych z satelitów i dronów, kryptografia, modelowanie wpływu promieniowania elektromagnetycznego na materiały kompozytowe (w szczególności na powłoki samolotów), modelowanie pracy mózgu itp.
Superkomputery będą również zaangażowane w profilowanie osobowości i wdrażanie systemów rozpoznawania twarzy, monitorowania aktywności i oceny społecznej w Chinach. Według niektórych prognoz superkomputery będą w stanie dokładnie symulować cały system pogodowy Ziemi po osiągnięciu wydajności przekraczającej 1 zetaflops (1000 eksaflopów). Pojawienie się takich maszyn jest spodziewane do 2030 roku.
System śledzenia w Guiyang w Chinach.
Kto ma dostęp
Liczy się nie tylko wydajność najlepszego superkomputera, ale także łączna liczba maszyn w kraju i ich dostępność. Im więcej centrów danych, tym więcej organizacji i instytucji ma do nich dostęp, tym szerszy zakres zadań można rozwiązać.
W Rosji z możliwości tylko jednego kompleksu superkomputerów Uniwersytetu Moskiewskiego korzysta obecnie 2500 specjalistów z 20 wydziałów Moskiewskiego Uniwersytetu Państwowego, ponad 100 instytutów Rosyjskiej Akademii Nauk i ponad 100 uniwersytetów w Rosji.
Według projektu Top500 krajem o największej liczbie supermocnych komputerów w czerwcu tego roku są Chiny: posiadają 206 superkomputerów z rankingu (sześć miesięcy temu było 201 systemów). Jednocześnie Stany Zjednoczone zmniejszyły swój udział w ratingu z 143 systemów do 124. Można jednak zauważyć, że pod względem łącznej wydajności wszystkich systemów w kraju Stany Zjednoczone tym razem wyprzedziły Chiny. Całkowita produktywność w Ameryce wynosi 38,2% całkowitej produktywności Top500, podczas gdy w Chinach wynosi 29,1%.
Średni wzrost mocy superkomputerów na świecie.
Japonia (36 systemów), Wielka Brytania (22 systemy), Niemcy (21 systemów), Francja (18 systemów) ustępują Chinom i Stanom Zjednoczonym pod względem liczby superkomputerów w rankingu.
Rosja ma w zestawieniu cztery superkomputery - o jeden więcej niż na poprzedniej liście sprzed sześciu miesięcy. Łomonosow-2 zajął 72 miejsce, komputer w Roshydromet - 172 miejsce, Łomonosow - 326 miejsce, superkomputer w Instytucie Kurczatowa - 458 pozycja w rankingu.
Co dalej?
A potem kraje zaawansowane będą pracować nad przezwyciężeniem fizycznych ograniczeń istniejących superkomputerów. Firmy skoncentrują się na tworzeniu technologii, takich jak fotonika krzemu, obliczenia neuromorficzne i kwantowe, biokomputery i komputery komórkowe. Na przykład w 2014 roku IBM uruchomił programy badawcze w pierwszych obszarach o wartości 3 miliardów dolarów.
Przyspieszenie rozwoju nowych materiałów i technologii za pomocą superkomputerów w różnych kierunkach może ostatecznie nadać skumulowany gigantyczny impuls rozwojowi krajów i ich technologicznej separacji od konkurentów. Szybki wzrost wydajności komputerów nazywany jest wręcz rewolucją w rozwoju cywilizacji.
Ilya Plekhanov