Për çfarë përdoret? Kufi, superkompjuteri më i fuqishëm dhe më i shpejtë në botë që vepron në Laboratorin Kombëtar Oak Ridge? Nga modelimi i reaktorëve te parashikimi i klimës.
Kjo pyetje ka një kontekst më të gjerë. Më pyesin shpesh pse ne ndërtojmë fare makina kaq të fuqishme, nëse secili prej nesh mund të ketë një kompjuter? Sigurisht, superkompjuterët janë makina shumë të shtrenjta që konsumojnë një sasi të madhe energjie, por ajo që marrim prej tyre është shumë më e vlefshme. Sot do të përpiqem ta shpjegoj duke përdorur shembullin e superkompjuterit Frontier.
Gjithashtu interesante: Historia e OpenAI: Çfarë ishte dhe çfarë i pret kompanisë
Pse na duhen superkompjuterët?
Me pak fjalë, superkompjuterët mund të përpunojnë rrjedha të mëdha informacioni. Bota jonë po ndryshon shumë shpejt, njerëzimi ka krijuar një bazë të dhënash të madhe që duhet të përpunohet, analizohet, grupohet, ruhet, më në fund. Kjo do të na ndihmojë, për shembull, të marrim ilaçe të reja, më të lira dhe më efektive, materiale më të qëndrueshme, të parashikojmë ndryshimet klimatike për dekada, etj. Superkompjuterët na lejojnë të modelojmë sjelljen e objekteve që do të ndërtojmë, siç janë reaktorët e shkrirjes. Dhe këta janë vetëm disa shembuj të aplikimit të superkompjuterëve më të shpejtë. Po, ato janë shumë të shtrenjta për t'u prodhuar dhe mirëmbajtur, por ia vlen.
Por le të fillojmë me bazat. Çfarë është një superkompjuter gjithsesi? Nuk ka ende një përkufizim të qartë për këtë. Megjithatë, një tipar karakteristik i çdo superkompjuteri që funksionon aktualisht është fuqia shumë e lartë llogaritëse. Një përkufizim i thjeshtuar mund të gjendet në internet, sipas të cilit një superkompjuter është një makinë që mund të arrijë një performancë llogaritëse prej të paktën 1 teraflops, dmth 1012 (trilion) operacione me pikë lundruese për sekondë. Kjo është shumë në krahasim me kompjuterët e zakonshëm në shtëpi.
Nëse më parë shpejtësia e kompjuterëve matej në IPS (instruksione për sekondë), atëherë duhej shpikur një njësi e re për superkompjuterët - FLOPS, d.m.th., operacionet me pikë lundruese për sekondë. Sa më i lartë ky numër, aq më i fuqishëm është kompjuteri.
Natyrisht, një qasje e bazuar në një prag të caktuar llogaritës bëhet shumë shpejt e vjetëruar, pasi performanca e procesorëve që janë thelbi i këtyre makinave po evoluon dhe rritet vazhdimisht. Me çdo lëshim të procesorëve të rinj, rritet edhe produktiviteti i kompjuterëve modernë. Megjithatë, ndërtimi i tyre është shumë i vështirë dhe i kushtueshëm financiarisht.
Lexoni gjithashtu: Projekti i trurit të njeriut: Një përpjekje për të imituar trurin e njeriut
Cilët superkompjuterë janë më të shpejtë?
Kemi të dhënat më të fundit për këtë çështje. Në nëntor 2023, faqja e internetit Top500.org, e cila ka publikuar rregullisht vlerësimet e performancës së kompjuterëve më të fuqishëm në Tokë për shumë vite, publikoi edicionin e fundit, të 62-të të renditjes Top500, i cili paraqet 500 superkompjuterët më efikasë që ekzistojnë për momentin. .
Sistemi Frontier është ende superkompjuteri më efikas në planet. Ky superkompjuter është sistemi i parë i llogaritjes ekzaskale në botë, domethënë shpejtësia e tij tejkaloi 1 ekzaflops. Vetë Frontier ndodhet në Laboratorin Kombëtar, i cili ndodhet në Oak Ridge, Tennessee, SHBA. Ky superkompjuter është lider aktual me një rezultat HPL (High Performance LINPACK - një test i veçantë që vlerëson performancën e papërpunuar të superkompjuterëve) në 1193 EFlops (një eksaflop është një kuintilion ose 1018 llogaritjet me pikë lundruese për sekondë).
Për krahasim: shpejtësia e çipit më të fuqishëm Apple M1 Ultra është rreth 21 teraflops (një trilion FLOPS). Numri është i madh, ky është një fakt. Çuditërisht, në vitin 2002 kishte një kompjuter që zhvilloi një shpejtësi edhe më të madhe - ky është superkompjuteri Earth Simulator i gjigantit japonez të teknologjisë NEC Corporation. Shpejtësia e tij ishte rreth 36 teraflops!
Frontier përdor procesorë AMD EPYC 64C 2GHz dhe bazohet në arkitekturën më të fundit HPE Cray EX235a. Është montuar nga 9408 procesorë AMD EPYC dhe 37632 përshpejtues AMD Instinct MI250x. Në total, sistemi ka 8 bërthama procesori dhe grafike. Përveç kësaj, Frontier ka një efikasitet mbresëlënës të energjisë prej 699 GFlops/vat dhe përdor rrjetin HPE Slingshot 904 për transferimin e të dhënave. Pra, gjatë testeve është në gjendje të prodhojë deri në 52,59 ekzaflops. Performanca maksimale arriti një rekord prej 11 ekzaflops. Kostoja e pajisjes vlerësohet në 1,1 milionë dollarë.
Ky është superkompjuteri i parë dhe deri tani i vetmi në botë që punon në modalitetin flops. Frontier u bë lider një vit më parë, por nuk lejoi askënd të shkelte pozicionin e saj në renditjen e qershorit 2023. Dhe deri më tani, në fillim të vitit 2024, superkompjuteri amerikan është më produktiv në botë.
Por shkencëtarët tashmë po sugjerojnë se ndoshta pas disa kohësh ai do të duhet të pranojë epërsinë e një makine tjetër amerikane: superkompjuterit Aurora.
Sipas renditjes më të fundit, superkompjuteri i ri Aurora me çipa Intel Sapphire Rapids, që funksionon në Facilitetin e Kompjuterit Argonne Leadership në Illinois, SHBA, renditet i dyti me një performancë HPL prej 585,34 PFlops. Edhe pse kjo është vetëm gjysma e performancës së superkompjuterit kryesor të Frontier, sistemi Aurora nuk është ende i plotë dhe vetëm gjysma e sistemit përfundimtar të planifikuar është aktualisht në funksion. Pas përfundimit, performanca e parashikuar e Aurora ka të ngjarë të kalojë 2 EFlops. Superkompjuteri Aurora, i krijuar nga Intel, bazohet në arkitekturën HPE Cray EX - Intel Exascale Compute Blade, përdor procesorë Intel Xeon CPU Max Series dhe Intel Data Center GPU Max Series. Ashtu si në Frontier, rrjeti HPE Slinghot-11 është përgjegjës për transferimin e të dhënave.
Superkompjuteri i tretë më efikas është një sistem i ri i bazuar në cloud i quajtur Eagle Microsoft Azure në SHBA. Kjo është diçka si një kuriozitet teknologjik, pasi Eagle është një superkompjuter cloud, dhe pozicioni i tretë në renditjen Top500 është më i larti i arritur ndonjëherë nga një sistem cloud. Microsoft Eagle krenohet me performancën HPL prej 561,2 PFlops, zemra e kompjuterit është procesorë dhe përshpejtues Intel Xeon Platinum 8480C NVIDIA H100
Këtu vlen të përmendet superkompjuteri japonez Fugaku, performanca e të cilit është më shumë se tre herë më pak se Frontier, dhe një nga superkompjuterët më produktivë në të kaluarën - LUMI. Edhe pse kinezët ende po ndërtojnë diçka të fuqishme, gjithçka është në të ardhmen.
Gjithashtu interesante: Parashikimet teknologjike për vitin 2024: çfarë të presim?
Pse na duhet kaq shumë fuqi kompjuterike?
Ju mund të admironi efikasitetin e makinerive më të shpejta në Tokë, por performanca që ata arrijnë nuk ka të bëjë me thyerjen e rekordeve, por me marrjen e rezultateve të dëshiruara të llogaritjes në kohën më të shkurtër të mundshme. Asnjë përdorues i superkompjuterit nuk e përdor atë makinë për të shkruar një email ose për të përgatitur një prezantim. Do të ishte një humbje e tmerrshme të përdorim makina të tilla për të kryer detyra që mund t'i kryejmë në pajisjet në shtëpitë tona. Në fund të fundit, potenciali llogaritës i superkompjuterëve ju lejon të kryeni veprime që nuk janë të disponueshme në kompjuterët e zakonshëm.
Për çfarë detyrash po flasim? Para së gjithash, për ato që mund të sjellin përfitim të vërtetë, dhe këto nuk janë domosdoshmërisht ato që mund të konvertohen menjëherë në para. Vlen të kujtojmë se vetëm rreth 600 milionë dollarë amerikanë janë shpenzuar për krijimin e superkompjuterit Frontier. Sigurisht, përdorimi i tij dhe kostot e mirëmbajtjes së vazhdueshme janë gjithashtu të rëndësishme. Superkompjuteri zë një sipërfaqe prej 680 metrash katrorë dhe konsumon 21 MW energji elektrike.
Frontier, si superkompjuterët e tjerë, përdoret, ndër të tjera, për detyra të tilla si modelimi i klimës, kërkimi dhe prodhimi i ilaçeve të reja jetike për njerëzimin, kërkimi në teknologji të reja materiale etj. Natyrisht, fushëveprimi i detyrave të kryera nga ky lloj pajisje është shumë më i gjerë dhe përfshin, për shembull, analizën e grupeve të mëdha të të dhënave të llojeve të ndryshme: imazhe financiare, mjekësore, satelitore, modelimin e fenomeneve fizike dhe shumë e shumë të tjera. Fakti që Frontier është superkompjuteri i parë ekzaskale e lejon atë të kryejë detyra që do të ishin të vështira edhe në superkompjuterët e tjerë.
Një shembull mund të jetë modelimi i të gjithë ciklit jetësor të një reaktori termonuklear. Po, ky nuk është një gabim. Nuk ka ende një termocentral të vetëm me shkrirje në botë, por fuqia e fuqishme llogaritëse ekzaskale e Frontier bën të mundur simulimin e sjelljes së një reaktori hipotetik të shkrirjes dhe parashikimin e sjelljes së plazmës në një reaktor të tillë. Natyrisht, derisa energjia termonukleare të komercializohet, është e vështirë të mendosh për përfitimet, por askush në botë nuk dyshon se fuqia kompjuterike që do të kontribuojë në krijimin dhe zhvillimin e energjisë termonukleare dhe do të shpëtojë të gjithë njerëzimin nga mungesa e energjisë ia vlen. investimi.
Lexoni gjithashtu: Gjithçka rreth Microsoft Kopiloti: e ardhmja apo rruga e gabuar?
Superkompjuterët dhe mjekësia
Një nga aplikimet e superkompjuterëve janë llogaritjet komplekse dhe me energji intensive në lidhje me strukturën e kimikateve dhe përbërjeve organike. Analiza e kujdesshme e sjelljes së substancave individuale, e cila është e mundur për shkak të aftësisë për të simuluar sjelljen e një përbërjeje të caktuar në një nivel shumë të saktë, është një mjet që lejon zhvillimin e barnave të reja, më efektive.
Në vitin 2020, para lansimit të superkompjuterit Frontier, shkencëtarët në Laboratorin Kombëtar Oak Ridge, i cili më pas kishte superkompjuterin Summit (kjo makinë ishte superkompjuteri më efikas në 2018, është ende në përdorim dhe u rendit në vendin e 7-të me një efikasitet prej 148,8 PFlops) e përdori atë për të zhvilluar një lloj të ri ilaçi kundër kancerit. Ilaçi i ri doli të ishte rreth 10% më i mirë, më efektiv në trajtim sesa mjetet e përdorura më parë. Sigurisht, 10% nuk është aq shumë, por tregojuni pacientëve që ia dolën të shpëtonin jetën falë atij ndryshimi “të vogël”. Jeta e njeriut është, natyrisht, e paçmuar, por çdo ilaç me efikasitet më të lartë mund të kursejë burime të mëdha për sistemin e kujdesit shëndetësor dhe të zvogëlojë kostot e trajtimit. Këtu mund të jetë i dobishëm Frontier. Aftësitë e tij janë shumë më të larta se ato të të njëjtit superkompjuter Summit.
Lexoni gjithashtu:
- Apple Vision Pro është pajisja më revolucionare që nga iPhone. Por ka një nuancë ©
- Kaloni në Apple MacBook Air me procesor M2: rishikimi dhe përshtypjet e mia
Kufiri dhe modeli i ri i klimës
Modelimi i klimës kërkon analizë dhe justifikim të modelit të historisë mijëvjeçare të Tokës. Sigurisht, kjo është një detyrë që kërkon një sasi të madhe burimesh kompjuterike. Sa më saktë të mund të modelojmë ndryshimet klimatike dhe të parashikojmë se çfarë do të ndodhë në afat të gjatë, aq më të shpejtë dhe më të fuqishëm na duhen superkompjuterë.
Mark Taylor nga Sandia National Laboratories, një nga kërkuesit që punon në parashikimet e para afatgjata të klimës në botë duke përdorur llogaritjen në rritje, njëherë vuri në dukje: "Arkitektura unike informatike e superkompjuterit Frontier mundëson gjëra që nuk mund t'i bënim më parë." Kjo do të thotë, fuqia llogaritëse e kësaj makine redukton një llogaritje që dikur kërkonte vite në disa ditë. Në të njëjtën kohë, ai i lejon studiuesit të marrin vlerësime të hollësishme të efekteve afatgjata të ndryshimeve klimatike dhe kushteve ekstreme të motit. "Ky është standardi i ri i arit për modelimin e klimës," shton Taylor.
Cilat janë përfitimet? Ata janë thjesht të mëdhenj. Aftësia për të parashikuar ndryshimet katastrofike të motit mund të shpëtojë dhjetëra mijëra, dhe ndoshta edhe miliona, jetë. Dhe analiza e ndikimit të mundshëm të ngrohjes klimatike në ciklet globale dhe rajonale të ujit na lejon të përgatitemi paraprakisht për ndryshimet e ardhshme. Modelet moderne hapësinore ekzistojnë, por ato janë jashtëzakonisht të kërkuara nga ana llogaritëse. Deri vonë, shumë kërkues. Po, ato na lejojnë të parashikojmë teorikisht ndërveprimin kompleks midis elementëve të ndryshëm që përbëjnë atë që ne e quajmë mot ose klimë, për shembull, lëvizjen konvektive që shoqëron formimin e reve, por atje është e nevojshme të përpunohet një rrjedhë e madhe informacioni. dhe bëni llogaritje me kompleksitet të jashtëzakonshëm.
Prania e superkompjuterit Frontier e ka ndryshuar tashmë këtë. Projekti Energy Exascale Earth System Model (E3SM) i kapërcen këto pengesa duke kombinuar qasjet e reja të softuerit me performancën masive ekzaskale. Sarath Sripathy, bashkëautore e studimit dhe koordinatore e projektit E3SM dhe bashkëautore e modelit të atmosferës E3SM të quajtur SCREAM, shpjegon: “Komuniteti i modelimit të klimës ka ëndërruar prej kohësh të ekzekutojë modele në shkallë kilometrike mjaftueshëm shpejt për të lehtësuar parashikimet prej dekadash, dhe tani është një realitet.".
Me fjalë të tjera, një projekt i tillë pa Frontier thjesht do të dështonte për shkak të mungesës së vëllimeve të përpunimit të të dhënave. Megjithatë, vlen të përmendet se jo vetëm fuqia bazë llogaritëse është e rëndësishme, por edhe optimizimi i vetë modeleve. Peter Caldwell, një klimatolog në Laboratorin Kombëtar Lawrence Livermore, dhe ekipi i tij kanë shpenzuar pesë vitet e fundit duke ndërtuar një model të ri reje nga e para. Do të funksionojë me efikasitet në procesorët grafikë (GPU), të cilët sot janë një komponent shumë i rëndësishëm i fuqisë kompjuterike të superkompjuterëve modernë. Këtu mund të përfshihet edhe një veturë e lartë interesante në klasën e saj.
Imagjinoni. Përshtatja e kodit për të ekzekutuar në GPU ka çuar në një rritje të konsiderueshme të performancës. SCREAM mund të funksionojë në 8192 nyje Frontier për të simuluar formacionet globale të reve që zakonisht u deshën më shumë se një vit (1,25 vjet për të qenë i saktë) në një seancë të vetme kompjuterike 24-orëshe. Simulimet afatgjata që përfshijnë 30-40 vjet mund të bëhen në Frontier brenda disa javësh. Studiuesit vërejnë se më parë ishte pothuajse e pamundur të bëheshin llogaritje të tilla. Njerëzit që janë të interesuar të mësojnë më shumë rreth këtyre studimeve mund njihuni me botimin e ri shkencor Mark Taylor dhe ekipi i tij.
Gjithashtu interesante:
- Si Ushtria Amerikane ndjek Santa Claus
- Ndalimi i shitjeve Apple Shikoni në SHBA: Të gjitha detajet e rastit
- Rishikimi Lenovo Yoga Book 9i: një laptop i konvertueshëm me dy ekrane
Teknologjitë kufitare dhe materiale
Një projekt interesant që përfiton nga potenciali ekzascale i superkompjuterit Frontier është puna në fushën e teknologjisë së materialeve. Ky është një nga simulimet llogaritëse më të mëdha ndonjëherë të një aliazhi, i cili, falë efikasitetit të tij llogaritës, lejoi të arrinte një saktësi që arrinte pothuajse nivelin kuantik. Ky hulumtim, i kryer nga Vikram Gavini i Universitetit të Miçiganit, është inovativ në atë që përdor ekuacionin e Schrödinger-it për të modeluar sjelljen e materialeve të ndryshme. Fuqia masive llogaritëse e Frontier e lejoi atë të simulonte një sistem aliazh magnezi të përbërë nga 75 atome.
Lidhjet e magnezit janë një material shumë interesant. Është shumë i lehtë dhe në të njëjtën kohë i fortë. Megjithatë, lidhjet e magnezit janë të ndjeshme ndaj defekteve të caktuara, kryesisht dislokimeve (d.m.th., defekteve masive në strukturën kristalore të materialit), të cilat ndryshojnë në mënyrë dramatike vetitë e tyre mekanike. Kjo e kthen një material premtues në një copë metali të papërdorshëm, sepse plasaritet lehtë, është i brishtë dhe i paqëndrueshëm. Shkencëtarët me ndihmën e fuqisë llogaritëse të Frontier arritën të korrigjojnë disa nga këto defekte në lidhjet e magnezit. Por ky është vetëm fillimi i punës së palodhur.
Gjithashtu interesante:
- Çfarë janë rrjetet nervore dhe si funksionojnë ato?
- Rreth kompjuterëve kuantikë me fjalë të thjeshta
E ardhmja e superkompjuterëve?
Kompjuterët konvencionalë nuk mund të zgjidhin sfidat që na paraqesin disa probleme shkencore dhe teknike. Superkompjuterët kanë shumë më tepër fuqi llogaritëse, duke i lejuar ata të kryejnë llogaritje që do të ishin të pamundura ose do të kërkonin shumë kohë në kompjuterët e zakonshëm. Duke krijuar superkompjuterë, shkencëtarët përpiqen të zgjerojnë kufijtë e njohurive dhe aftësive tona, si dhe të zgjidhin probleme që mund të kenë një ndikim të madh real në të ardhmen tonë.
Ligji i Moore thotë se fuqia e kompjuterëve rritet në mënyrë eksponenciale. Çdo dy vjet, shpejtësia e llogaritjeve dyfishohet, inxhinierët dhe shkencëtarët arrijnë të gjejnë zgjidhje për problemet që më parë konsideroheshin të pamundura.
Një ditë, superkompjuterët do të bëhen të zakonshme. Në fund të fundit, vetëm dhjetë vjet më parë koncepte të tilla si realiteti virtual, lojërat në cloud dhe metauniversi ekzistonin vetëm në imagjinatën e disa ekspertëve të teknologjisë dhe geekëve, dhe sot është realiteti ynë. Brezi i ardhshëm nuk do të duhet as të marrë një arsim IT dhe të marrë një punë në Google për të përfituar nga superkompjuterët: ata në heshtje dhe në mënyrë të padukshme do të bëhen pjesë e jetës së përditshme, ashtu si telefonat inteligjentë, laptopët dhe gjëra të tjera.
Lexoni gjithashtu: