Ne každý chápe, proč potřebujeme nějaké drahé superpočítače. Možná je to předvádění a plýtvání penězi? Zkusme na to přijít …
Bylo zveřejněno nové hodnocení nejlepších 500 nejvýkonnějších superpočítačů na světě. Tentokrát americké auto obsadilo první místo a tlačilo čínského „kolegu“. IBM spustila nejvýkonnější superpočítač, Summit, pověřený Národní laboratoří Oak Ridge amerického ministerstva energetiky. Výkon jeho systému byl odhadnut na 200 petaflopsů (200 kvadrillion operací za sekundu). Zatímco Čína a Spojené státy bojují za „medaile“, ruská auta …
… jsou spokojeni pouze s místem v osmé desáté. Ilya Plekhanovová hovoří o počítačových závodech a nových možnostech největších zemí světa pomocí svých výkonných strojů.
Po standardním testu Linpack, který zachycuje provozní výkon superpočítače, byl skutečným ukazatelem amerického summitu 122,3 petaflops, zatímco výkon bývalého šampiona, čínského Sunway TaihuLight, byl 93 petaflops. Spojené státy tak získaly dlaň v nejproduktivnějších superpočítačích, které v roce 2013 prohrály v Číně.
Summit procesorů.
Nový americký summit se skládá ze 4 608 dvouprocesorových serverů IBM AC922 založených na 22jádrových procesorech IBM Power9, z nichž každý je napájen 6 GPU NVIDIA Tesla V100. Vnitřní připojení využívají dvoulinkovou EDR InfiniBand síť Mellanox s šířkou pásma 200 Gb / s na server. Superpočítač běží na operačním systému Red Hat Enterprise Linux 7.4. MIT Technology Review uvádí, že Summit váží více než osobní dopravní letadlo a zabírá 2 tenisové kurty.
Ještě před konečným dokončením systému provedli vědci výpočty proti genomům, během nichž zaznamenali výkon summitu 1,88 exaflopů. Podle Thomase Zachariáše, ředitele Národní laboratoře Oak Ridge, je to poprvé v historii, kdy byla překonána bariéra exaflops. V zimě Číně hrozilo, že do konce letošního roku uvede na trh počítač s výkonem 1 exaflopy, tj. Kvintilion (10 až 18. moc) operací za sekundu, zatímco Spojené státy dříve přidělily 258 milionů dolarů na vytvoření superpočítače s výkonem více než 1 exaflopy do roku 2021. Vývoj, jak bylo oznámeno v roce 2017, provádí šest amerických společností - Hewlett-Packard, IBM, Intel, NVIDIA, Cray a AMD.
Zvuk spuštěný superpočítačem:
Propagační video:
Symbol moci země
Vznik dalšího superpočítače je druhem prestižního milníku a ukazatelem toho, co může země udělat, má zdroje a dovednosti, rozpočet ze stovek milionů dolarů na více než miliardu na vytvoření superpočítače, existuje energetická kapacita pro zásobování energií, technická řešení pro odvod tepla, mají své vlastní procesory, kvalifikovaný personál atd. Americký ministr energetiky Rick Perry komentoval vzhled summitu:
Za klíč lze považovat otázku národní bezpečnosti, protože Spojené státy se přinejmenším obávají úmyslu Číny stát se lídrem v oblasti umělé inteligence. Koneckonců to znamená použití AI ve vojenské sféře.
Čínský Sunway TaihuLight, který se dostal na druhé místo, byl pro Čínu průlomem ve vytváření vlastní výpočetní a elementární základny. Procesory Sunway TaihuLight jsou založeny na místní architektuře ShenWei vyvinuté v Šanghajském státním vysoce výkonném IC Design Center. Systém meziprocesorového propojení uzlů, známý jako Sunway Network, byl také vyvinut v Číně. Kromě toho má Sunway TaihuLight vlastní implementaci standardu paralelního programovacího softwaru, operačního systému SunWay Raise OS 2.0.5 založeného na Linuxu. To znamená, že Čína byla schopna překonat svou závislost na amerických prvcích a uložených omezeních na dodávku high-tech produktů od roku 2015.
Sunway TaihuLight.
V Rusku byl v roce 2009 na Moskevské státní univerzitě nainstalován superpočítač Lomonosov, který obsahuje 6 654 výpočetních uzlů, více než 94 000 procesorových jader a má špičkový výkon 1,37 Pflops. Skutečný výkon systému v testu Linpack je 674 teraflopsů, což mu v červnu 2011 umožnilo obsadit 13. místo v seznamu nejproduktivnějších počítačů na světě 500.
V březnu 2018 Moskevská státní univerzita oznámila, že vývoj byl dokončen a byla zahájena zkušební provoz na nové sekci superpočítače Lomonosov-2 se špičkovým výkonem 1,8 Pflops, což v budoucnu umožní, aby se přiblížil hranici 5 Pflops. Nová sekce superpočítačů je založena na vícejádrových procesorech Intel Skylake a GPU NVidia Pascal P100 s hardwarovou podporou vysokorychlostního rozhraní NVLink.
"Lomonosov".
V březnu představili zaměstnanci Společného ústavu pro jaderný výzkum v moskevském regionu Dubna nový superpočítač „Govorun“, který bude použit ke zpracování dat z budoucího těžkého iontového srážce NICA. Výkon Govorunu je 1 petaflops. Superpočítač je založen na 72jádrových procesorech Intel Xeon Phi 7290 a Intel Xeon Gold 6154.
Superpočítače se objevují v Rusku, ale ne s takovým výkonem, který by byl zahrnut v hodnocení Top500. V lednu letošního roku Igor Chernykh, tehdejší vedoucí Centra pro kolektivní použití "Sibiřského superpočítačového centra" ICM & MG SB RAS, řekl:
Podle Olega Gorbačova, ředitele pro firemní komunikaci skupiny společností RSK, by mohla být situace napravena národním programem:
Úlohy superpočítače
Supercomputer je potřebný pro práci s obrovským množstvím dat a proměnných - s informacemi měřenými v exabajtech (10 až 18. mocnost bytů) a v yottabajtech (10 až 24. mocnost bytů). A nejde jen o objemy, ale také o rychlost. Například výpočty meteorologických podmínek se ukážou jako bezvýznamné, pokud budou trvat déle než začátek určitého jevu počasí.
"Mluvka".
Další otázkou je, že potíže nevznikají ani tak s počtem operací za sekundu, ale se zpracováním těch algoritmů, které vyžadují takové rychlosti a takový počet procesorů. To znamená, že technické schopnosti se zlepšují, ale také potřebují matematické modely, softwarové plnění - porozumění tomu, jak a co se má počítat.
Doktor fyzikálních a matematických věd, hlavní výzkumný pracovník Ústavu aplikované matematiky M. V. Keldysh Andrey Kuleshov vysvětluje, jaké zvláštnosti použití superpočítačové technologie jsou:
Ruští vědci se proto domnívají, že zaostávání Ruska za Spojenými státy a Čínou v petaflopách není tak hrozné. Klíčem k efektivnímu používání strojů je vysoká matematická úroveň a třída softwarových specialistů v Rusku.
Co teď dělají
Například španělský superpočítač MareNostrum (jako starověcí pohanští Římané nazývaný Středozemní moře) se nachází v prostorách bývalé křesťanské kaple Torre Girona a používá se pro výpočty genetického inženýrství, astrofyziky, vytváření nových léků a předpovídání počasí.
Ale ne všechno je zaměřeno pouze na rozsáhlý vědecký výzkum. Podnikání také aktivně využívá superpočítače. Například Ford používá výkonné automobily při nárazových testech, kde auta narazí do překážky a tunu parametrů je třeba natočit, změřit a analyzovat. Použití superpočítače může snížit počet havarovaných skutečných aut a náklady na testování o třetinu, což ušetří miliony dolarů.
Pomocí superpočítačů společnost DuPont syntetizovala nový materiál, který je nehořlavý, odolný proti korozi a málo toxický. Za jeden týden byly nezbytné výpočty provedeny na superpočítači, za který celkem utratily asi 5 tisíc dolarů. Studie „staromódní způsob“by stála nejméně 50 tisíc dolarů a tři měsíce práce.
Simulace nárazové zkoušky superpočítačem s přihlédnutím k poškození všech prvků automobilu.
Partnerem turnaje Wimbledon v oblasti technologií je od roku 1990 americká společnost IBM, která organizátorům mistrovství poskytuje superpočítač Watson. S jeho pomocí jsou analyzovány sociální sítě s cílem identifikovat pozitivní a negativní nálady fanoušků, poskytnout komentátorům jakákoli srovnávací data z archivů a automatizovat marketing a PR na internetu.
Francouzská společnost Total in průzkum ropy používá superpočítač k analýze informací o podloží. Modelování vám umožní uchýlit se k vrtání, pokud existují pochybnosti o přítomnosti oleje. V jednom takovém případě, opuštění vrtání ušetřilo společnosti asi 80 milionů dolarů.
Pokud jde o nový americký superpočítač, budou k němu v letošním roce mít přístup některé projekty, které budou modelovat subatomické chování materiálů, identifikovat faktory způsobující rakovinu a studovat interakci proteinů a buněčných systémů. Hlavním zákazníkem v roce 2019 bude Ministerstvo energetiky, které jej používá pro alternativní výpočet energie. Summit bude také použit v aplikacích umělé inteligence v roce 2019.
S pomocí ruského superpočítače získala skupina Fakulty mechaniky a matematiky Moskevské státní univerzity a Ústavu aplikované matematiky Ruské akademie věd výsledky numerického modelování tvorby a vývoje špičkových vírů v nadzvukových režimech, pro potřeby RSC Energia byly zpracovány seismické údaje, byly provedeny výpočty toku kolem kosmické lodi během přistání na povrchu atmosféry Země. Lomonosov také vyřešil problém přenosu hmoty a tepla pro slibný jaderný reaktor. V dubnu vědci z Fyzikální fakulty Moskevské státní univerzity zkoumali různé typy polymerizačních reakcí pomocí počítačových simulací na superpočítači Lomonosov-2.
Montážní dílna RSC Energia.
Na jaře tohoto roku bylo známo, že Rosatom a Roscosmos začínají testovat motory nové ruské super těžké rakety ve virtuální realitě v rámci simulace superpočítačů. Projekt začal v roce 2014 a stál téměř 270 milionů rublů. 30. ledna 2018 byl podepsán akt přijímání prací na vývoji softwaru pro virtuální testy.
Co může v budoucnu
Existuje mnoho možností. Superpočítače lze použít ke zvýšení přesnosti meteorologických předpovědí, diagnostikování, k identifikaci vztahu mezi geny a rakovinou, k simulaci turbulence, spalovacích procesů, k vývoji nových materiálů, nových léků, k simulaci fungování nové technologie, k výpočtu deformací pevných látek s přihlédnutím k destrukčním procesům ovládat drony, simulovat použití moderních zbraní, analyzovat data ze satelitů a dronů, kryptografii, simulovat účinky elektromagnetického záření na kompozitní materiály (zejména na povlaky letadel), simulovat funkci mozku atd.
Superpočítače budou také zapojeni do profilování osobnosti a do implementace systémů rozpoznávání tváří, sledování činnosti a sociálního hodnocení v Číně. Podle některých předpovědí budou superpočítače schopny přesně simulovat celý meteorologický systém Země poté, co dosáhnou výkonu přesahujícího 1 zetaflops (1000 exaflops). Vzhled takových strojů se očekává do roku 2030.
Sledovací systém v Guiyangu v Číně.
Kdo má přístup
Nezáleží jen na výkonu nejlepšího superpočítače, ale také na celkovém počtu strojů v zemi a jejich dostupnosti. Čím více datových center, tím více organizací a institucí k nim má přístup, může být vyřešen širší rozsah úkolů.
V Rusku v současné době využívá schopnosti jediného superpočítačového komplexu Moskevské univerzity 2 500 odborníků z 20 divizí Moskevské státní univerzity, více než 100 ústavů Ruské akademie věd a více než 100 univerzit v Rusku.
Podle projektu Top500 je zemí s největším počtem super výkonných počítačů od června letošního roku Čína: vlastní 206 superpočítačů z žebříčku (před šesti měsíci bylo 201 systémů). Spojené státy zároveň snížily svůj podíl v žebříčku ze 143 systémů na 124. Je však možné poznamenat, že pokud jde o celkový výkon všech systémů v zemi, Spojené státy tentokrát předstihly Čínu. Americká celková produktivita je 38,2% z celkové produktivity Top500, zatímco Čína je 29,1%.
Průměrné zvýšení výkonu superpočítačů na světě.
Japonsko (36 systémů), Velká Británie (22 systémů), Německo (21 systémů), Francie (18 systémů) jsou za počtem superpočítačů v žebříčku za Čínou a Spojenými státy.
Rusko má v žebříčku čtyři superpočítače - jeden více než v předchozím seznamu před šesti měsíci. Lomonosov-2 obsadil 72. místo, počítač v Roshydrometu - 172. místo, Lomonosov - 326. místo, superpočítač v Kurchatovově institutu - 458. řádek hodnocení.
Co bude dál?
A pak vyspělé země budou pracovat na překonání fyzických omezení stávajících superpočítačů. Společnosti se zaměří na vytváření technologií, jako je křemíková fotonika, neuromorfní a kvantová výpočetní technika, tvorba biopočítačů a buněčných počítačů. Například v roce 2014 společnost IBM zahájila výzkumné programy v prvních oblastech s objemem financování 3 miliardy USD.
Zrychlení vývoje nových materiálů a technologií pomocí superpočítačů v různých směrech může nakonec dát kumulativní obrovský impuls pro rozvoj zemí a jejich technologické oddělení od konkurence. Rychlý růst produktivity počítače se dokonce nazývá revolucí ve vývoji civilizace.
Ilja Plekhanov