Vsi ne razumejo, zakaj potrebujemo nekaj dragih superračunalnikov. Mogoče gre za šov in zapravljanje denarja? Poskusimo to ugotoviti …
Objavljena je nova Top-500 ocena najmočnejših superračunalnikov na svetu. Tokrat je ameriški avtomobil zasedel prvo mesto, kar je potisnilo kitajskega "kolega". IBM je predstavil najmočnejši superračunalnik Summit, ki ga je naročil Nacionalni laboratorij ameriškega ministrstva za energijo Oak Ridge. Učinkovitost njegovega sistema je bila ocenjena na 200 petaflopov (200 kvadratnih milijard operacij na sekundo). Medtem ko se Kitajska in ZDA borijo za "medalje", ruski avtomobili …
… so zadovoljni z le mestom v osmi deseterici. Ilya Plekhanov s svojimi zmogljivimi stroji govori o računalniški dirki in novih možnostih največjih svetovnih držav.
Po standardnem preizkusu Linpack, ki zajame operativne zmogljivosti superračunalnika, je bil pravi kazalnik ameriškega vrha 122,3 petaflopov, medtem ko je bila uspešnost nekdanjega prvaka, kitajskega Sunwaya TaihuLight, 93 petaflopov. Tako so si ZDA povrnile dlan pri najbolj produktivnih superračunalnikih, ki jih je leta 2013 izgubila na Kitajskem.
Vrh procesorjev.
Novi ameriški vrh sestavlja 4.608 dvoprocesorskih strežnikov IBM AC922, ki jih poganja 22-jedrni procesor IBM Power9, od katerih vsak poganja 6 NVIDIA Tesla V100 GPU-jev. Notranje povezave uporabljajo omrežje EDR InfiniBand z dvojno tirnico Mellanox z pasovno širino 200 Gbps na strežnik. Superračunalnik deluje v operacijskem sistemu Red Hat Enterprise Linux 7.4. MIT Technology Review poroča, da vrh tehta več kot potniški letalski prevoznik in ima dva teniška igrišča.
Še pred dokončnim dokončanjem sistema so raziskovalci izvajali izračune glede na genome, med katerimi so zabeležili uspešnost vrha 1,88 ekspanzije. Toas Zachariah, direktor nacionalnega laboratorija Oak Ridge, je prvič v zgodovini podrl pregrado 1 odstrel. Pozimi je Kitajska grozila, da bo do konca letošnjega leta zagnala računalnik z zmogljivostjo 1 ekspanzije, to je kvintiljona (od 10 do 18. moči) operacij na sekundo, medtem ko so ZDA prej namenile 258 milijonov dolarjev za ustvarjanje superračunalnika z zmogljivostjo več kot 1 ekspanzije do leta 2021. Razvoj, kot so napovedali v letu 2017, izvaja šest ameriških podjetij - Hewlett-Packard, IBM, Intel, NVIDIA, Cray in AMD.
Superračunalnik teče zvok:
Promocijski video:
Simbol moči države
Pojav drugega superračunalnika je nekakšen prestižni mejnik in pokazatelj, kaj lahko stori država, ali ima vire in spretnosti, proračun od sto milijonov do več kot milijardo, da ustvari superračunalnik, ali obstajajo energetske zmogljivosti za oskrbo z električno energijo, inženirske rešitve za odvajanje toplote itd. ali imajo svoje procesorje, usposobljeno osebje in tako naprej. Ameriški minister za energijo Rick Perry je komentiral nastop na vrhu:
To vprašanje nacionalne varnosti je mogoče obravnavati kot ključno, saj ZDA najmanj skrbi, da Kitajska želi postati vodilna na področju umetne inteligence. Konec koncev to pomeni uporabo AI v vojaški sferi.
Kitajski Sunway TaihuLight, ki je zasedel drugo mesto, je bil za Kitajsko preboj za ustvarjanje lastne baze računalništva in elementov. Procesorji Sunway TaihuLight temeljijo na lokalni arhitekturi ShenWei, ki jo je razvil Šanghajski državni visoko zmogljivi IC Design Center. Sistem medprocesorskega povezovanja vozlišč, znan kot Sunway Network, je bil razvit tudi na Kitajskem. Poleg tega ima Sunway TaihuLight lastno implementacijo programske opreme za vzporedno programiranje, operacijskega sistema SunWay Raise OS 2.0.5, ki temelji na Linuxu. To pomeni, da je Kitajska od leta 2015 lahko premagala svojo odvisnost od ameriških elementov in uvedene omejitve pri dobavi visokotehnoloških izdelkov.
Sunway TaihuLight.
V Rusiji so leta 2009 na moskovski državni univerzi namestili superračunalnik Lomonosov, ki vsebuje 6 654 računalniških vozlišč, več kot 94 000 procesorskih jeder in ima najvišjo zmogljivost 1,37 Pflops. Resnična zmogljivost sistema na Linpack testu je 674 teraflopov, kar mu je junija 2011 omogočilo 13. mesto na seznamu Top500 najbolj produktivnih računalnikov na svetu.
Marca 2018 je Moskovska državna univerza sporočila, da je bil razvoj končan in se je začelo poskusno delovanje na novem odseku superračunalnika Lomonosov-2 z največjo zmogljivostjo 1,8 Pflops, kar mu bo v prihodnosti omogočilo približevanje meji 5 Pflops. Novi odsek superračunalnikov temelji na večjedrnih procesorjih Intel Skylake in NVidia Pascal P100 GPU s strojno podporo za hitri vmesnik NVLink.
"Lomonosov".
Marca so uslužbenci Skupnega inštituta za jedrske raziskave v moskovski mestni občini Dubna predstavili nov superračunalnik "Govorun", ki bo uporabljen za obdelavo podatkov s prihodnjega težkega ionskega trkalnika NICA. Predstava Govorun je 1 petaflops. Superračunalnik temelji na 72-jedrnih procesorjih Intel Xeon Phi 7290 in Intel Xeon Gold 6154.
Superračunalniki se pojavljajo v Rusiji, vendar ne s takšno zmogljivostjo, da bi bili vključeni v oceno Top500. Januarja letos je Igor Chernykh, takrat vršilec dolžnosti vodje centra za kolektivno rabo "Sibirski superračunalniški center" ICM & MG SB RAS, dejal:
Po besedah Olega Gorbačova, direktorja korporativnega komuniciranja skupine podjetij RSK, bi položaj lahko popravili z nacionalnim programom:
Naloge superračunalnika
Superračunalnik je potreben za delo z ogromno količino podatkov in spremenljivk - z informacijami, izmerjenimi v ekbabajtih (10 do 18 moči bajtov) in v jottabajtih (10 do 24. moč bajtov). In ne gre samo za količino, ampak tudi za hitrost. Na primer, izračuni meteoroloških razmer se bodo izkazali za nesmiselne, če trajajo dlje od začetka določenega vremenskega pojava.
"Govornik".
Drugo vprašanje je, da težave ne nastanejo toliko pri številu operacij na sekundo, temveč pri izdelavi tistih algoritmov, ki zahtevajo tako hitrost in takšno število procesorjev. To pomeni, da se tehnične zmogljivosti izboljšujejo, potrebujejo pa tudi matematične modele, polnjenje programske opreme - razumevanje, kako in kaj šteti.
Doktor fizikalnih in matematičnih znanosti, glavni raziskovalec na Inštitutu za uporabno matematiko M. V. Keldysh Andrey Kuleshov pojasnjuje, kaj so značilnosti uporabe superračunalniške tehnologije:
Zato ruski znanstveniki menijo, da zaostajanje Rusije za ZDA in Kitajsko pri petaflopih ni tako grozno. Ključ do učinkovite uporabe strojev je visoka matematična raven in razred strokovnjakov za programsko opremo v Rusiji.
Kaj počnejo zdaj
Na primer, španski superračunalnik MareNostrum (kot so stari poganski Rimljani imenovali Sredozemsko morje) se nahaja v prostorih nekdanje krščanske kapele Torre Girona in se uporablja za izračune genskega inženiringa, astrofizike, ustvarjanje novih zdravil in napovedovanje vremena.
Ni pa vse osredotočeno le na obsežne znanstvene raziskave. Podjetje tudi aktivno uporablja superračunalnike. Na primer, Ford uporablja močne avtomobile na trčnih preizkusih, kjer avtomobili trčijo v oviro in je treba posneti, izmeriti in analizirati tono parametrov. Uporaba superračunalnika lahko zmanjša število resničnih avtomobilov in preizkusi stroške za tretjino, kar prihrani milijone dolarjev.
DuPont je s superračunalniki sintetiziral nov material, ki je negorljiv, odporen proti koroziji in slabo strupen. V enem tednu so opravili potrebne izračune na superračunalniku, za kar so skupaj porabili približno pet tisoč dolarjev. Študija "na starinski način" bi stala najmanj 50 tisoč dolarjev in tri mesece dela.
Simulacija preskusa nesreče s superračunalnikom ob upoštevanju poškodb vseh elementov avtomobila.
Od leta 1990 je partner turnirja Wimbledon na področju tehnologije ameriško podjetje IBM, ki organizatorjem prvenstva zagotavlja superračunalnik Watson. Z njegovo pomočjo se analizirajo družbena omrežja z namenom prepoznavanja pozitivnih in negativnih razpoloženj oboževalcev, komentatorjem dajo kakršne koli primerjalne podatke iz arhivov ter avtomatizirajo trženje in PR na internetu.
Francosko podjetje Total pri raziskovanju nafte uporablja superračunalnik za analizo informacij o podzemlju. Modeliranje vam omogoča, da se ne držite vrtanja, kadar obstaja dvom o prisotnosti olja. V enem takem primeru je opustitev vrtanja podjetju prihranila približno 80 milijonov dolarjev.
Kar zadeva novi ameriški superračunalnik, bodo nekateri projekti do njega letos imeli dostop za modeliranje subatomskega vedenja materialov, prepoznavanje dejavnikov, ki povzročajo raka, in preučevanje interakcij beljakovin in celičnih sistemov. Glavna stranka v letu 2019 bo ministrstvo za energijo, ki ga uporablja za svoje alternativno računalništvo z energijo. Summit bo v letu 2019 uporabljen tudi v aplikacijah za umetno inteligenco.
S pomočjo ruskega superračunalnika sta skupina Fakultete za mehaniko in matematiko Moskovske državne univerze in Inštituta za uporabno matematiko Ruske akademije znanosti pridobila rezultate numeričnega modeliranja oblikovanja in razvoja vršnih vrtincev v nadzvočnih modulih, obdelali so potresne podatke, za potrebe RSC Energia, izračune pretoka okoli vesoljskega plovila v vesolju in v požiranju v atmosferi Zemljo. Lomonosov je rešil tudi problem mase in prenosa toplote za obetavni jedrski reaktor. Aprila so znanstveniki s fizikalne fakultete moskovske državne univerze raziskali različne vrste reakcij polimerizacije z uporabo računalniških simulacij na superračunalniku Lomonosov-2.
Montažna trgovina RSC Energia.
Spomladi tega leta je postalo znano, da Rosatom in Roscosmos pričneta preizkušati motorje za novo rusko super težko raketo v virtualni resničnosti kot del superračunalniške simulacije. Projekt se je začel leta 2014 in je stal skoraj 270 milijonov rubljev. 30. januarja 2018 je bil podpisan akt o prevzemu del na razvoju programske opreme za virtualne teste.
Kaj lahko v prihodnosti
Možnosti je veliko. Superračunalnike lahko uporabimo za povečanje natančnosti meteoroloških napovedi, diagnoz, za ugotavljanje razmerja med geni in rakom, za simulacijo turbulenc, zgorevalnih procesov, za razvoj novih materialov, novih zdravil, za simulacijo dela nove tehnologije, za izračun deformacij trdnih snovi ob upoštevanju procesov uničenja, nadzor nad brezpilotnimi letali, modeliranje uporabe sodobnega orožja, za analizo podatkov s satelitov in brezpilotnih sistemov, kriptografija, modeliranje učinka elektromagnetnega sevanja na kompozitne materiale (zlasti na prevlekah letal), modeliranje možganskega dela itd.
Superračunalniki bodo na Kitajskem vključeni tudi v profiliranje osebnosti in v uvedbo sistemov prepoznavanja obrazov, spremljanja aktivnosti in socialne ocene. Po nekaterih napovedih bodo superračunalniki lahko natančno simulirali celoten vremenski sistem Zemlje, potem ko bodo dosegli zmogljivost, ki presega 1 zetaflops (1000 ekspanzij). Pojav takšnih strojev pričakujemo do leta 2030.
Sistem sledenja v mestu Guiyang na Kitajskem.
Kdo ima dostop
Pomembne niso le zmogljivosti najboljšega računalnika, temveč tudi skupno število strojev v državi in njihova razpoložljivost. Več podatkovnih centrov, več organizacij in institucij lahko dostopa do njih, širši nabor nalog je mogoče rešiti.
V Rusiji zmogljivosti le enega superračunalniškega kompleksa Moskovske univerze trenutno uporablja 2.500 strokovnjakov iz 20 oddelkov Moskovske državne univerze, več kot 100 inštitutov Ruske akademije znanosti in več kot 100 univerz v Rusiji.
Po projektu Top500 je država z največjim številom super-zmogljivih računalnikov, ki je bila junija letos, Kitajska: z lestvice ima 206 superračunalnikov (pred pol leta je bilo 201 sistemov). Obenem so ZDA svoj delež v oceni zmanjšale s 143 sistemov na 124. Vendar je mogoče opozoriti, da so ZDA tokrat glede na skupno zmogljivost vseh sistemov v državi prehitele Kitajsko. Ameriška skupna produktivnost je 38,2% skupne produktivnosti Top500, kitajska pa 29,1%.
Povprečno povečanje moči superračunalnikov na svetu.
Japonska (36 sistemov), Velika Britanija (22 sistemov), Nemčija (21 sistemov), Francija (18 sistemov) zaostajajo za Kitajsko in ZDA po številu superračunalnikov.
Rusija ima na lestvici štiri superračunalnike - enega več kot na prejšnjem seznamu pred pol leta. Lomonosov-2 je zasedel 72. mesto, računalnik v Roshidrometu - 172. mesto, Lomonosov - 326. mesto, superračunalnik v Inštitutu Kurchatov - 458. vrstico ocene.
Kaj je naslednje?
In potem bodo napredne države prizadevale za premagovanje fizičnih omejitev obstoječih superračunalnikov. Podjetja se bodo osredotočila na ustvarjanje tehnologij, kot so silicijeva fotonika, nevromorfno in kvantno računalništvo, bioračunalniki in mobilni računalniki. Leta 2014 je na primer IBM leta 2014 predstavil raziskovalne programe na prvih področjih z obsegom financiranja v višini 3 milijard dolarjev.
Pospeševanje razvoja novih materialov in tehnologij s pomočjo superračunalnikov v različnih smereh lahko končno da kumulativni velikanski zagon razvoju držav in njihovi tehnološki ločenosti od konkurentov. Hitra rast računalniške produktivnosti se celo imenuje revolucija v razvoju civilizacije.
Ilya Plekanov