За шта се то користи? Граница, најмоћнији и најбржи суперкомпјутер на свету који ради у Националној лабораторији Оак Риџ? Од моделирања реактора до климатских прогноза.
Ово питање има шири контекст. Често ме питају зашто уопште правимо тако моћне машине, ако свако од нас може да има рачунар? Наравно, суперкомпјутери су веома скупе машине које троше огромну количину енергије, али оно што од њих добијамо много је вредније. Данас ћу покушати да то објасним на примеру Фронтиер суперкомпјутера.
Такође занимљиво: Историја ОпенАИ: Шта је то било и шта је пред компанијом
Зашто су нам потребни суперрачунари?
Укратко, суперкомпјутери могу да обрађују огромне токове информација. Наш свет се мења веома брзо, човечанство је створило огромну базу података коју треба обрадити, анализирати, груписати, сачувати, коначно. То ће нам помоћи, на пример, да добијемо нове, јефтиније и ефикасније лекове, трајније материјале, да предвидимо климатске промене деценијама итд. Суперкомпјутери нам омогућавају да моделирамо понашање објеката које ћемо изградити, као што су фузиони реактори. А ово су само неки примери примене најбржих суперкомпјутера. Да, веома су скупи за производњу и одржавање, али су вредни тога.
Али почнимо са основама. Шта је уопште суперкомпјутер? Још не постоји јасна дефиниција овога. Међутим, карактеристична карактеристика сваког тренутно оперативног суперкомпјутера је веома висока рачунарска снага. На интернету се може наћи упрошћена дефиниција према којој је суперкомпјутер машина која може да постигне рачунарске перформансе од најмање 1 терафлопс, односно 1012 (трилиона) операција са помичним зарезом у секунди. Ово је много у поређењу са обичним кућним рачунарима.
Ако се раније брзина рачунара мерила у ИПС (инструкције у секунди), онда је за суперкомпјутере морала да се измисли нова јединица - ФЛОПС, односно операције са помичним зарезом у секунди. Што је овај број већи, то је рачунар моћнији.
Наравно, приступ заснован на одређеном рачунарском прагу прилично брзо застарева, пошто се перформансе процесора који су језгро ових машина непрестано развијају и расту. Са сваким издавањем нових процесора повећава се и продуктивност савремених рачунара. Међутим, њихова изградња је веома тешка и финансијски скупа.
Прочитајте такође: Пројекат људског мозга: Покушај имитације људског мозга
Који су суперрачунари најбржи?
Имамо најновије податке о овом питању. У новембру 2023. године, веб-сајт Топ500.орг, који већ дуги низ година редовно објављује оцене перформанси најмоћнијих рачунара на Земљи, објавио је најновије, 62. издање Топ500 рангирања, које представља 500 најефикаснијих суперкомпјутера који постоје у овом тренутку. .
Фронтиер систем је и даље најефикаснији суперкомпјутер на планети. Овај суперкомпјутер је први светски рачунарски систем ексаскала, односно његова брзина је премашила 1 ексафлопс. Сама граница се налази у Националној лабораторији, која се налази у Оак Риџу, Тенеси, САД. Овај суперкомпјутер је тренутни лидер са ХПЛ резултатом (ЛИНПАЦК високих перформанси - специјални тест који процењује сирове перформансе суперкомпјутера) са 1193 ЕФлопс (екзафлоп је квинтилион, или 1018 израчунавања са помичним зарезом у секунди).
За поређење: брзина најмоћнијег чипа Apple М1 Ултра има око 21 терафлопс (један трилион ФЛОПС). Број је огроман, то је чињеница. Изненађујуће, још 2002. године постојао је рачунар који је развио још већу брзину - ово је суперкомпјутер Еартх Симулатор јапанског технолошког гиганта НЕЦ Цорпоратион. Његова брзина је била око 36 терафлопса!
Фронтиер користи АМД ЕПИЦ 64Ц 2 ГХз процесоре и заснован је на најновијој ХПЕ Цраи ЕКС235а архитектури. Састављен је од 9408 АМД ЕПИЦ процесора и 37632 АМД Инстинцт МИ250к акцелератора. Укупно, систем има 8 процесорска и графичка језгра. Поред тога, Фронтиер има импресивну енергетску ефикасност од 699 ГФлопс/ват и користи ХПЕ Слингсхот 904 мрежу за пренос података. Дакле, током тестова, он је у стању да произведе до 52,59 екафлопс. Врхунске перформансе достигле су рекордних 11 ексафлопса. Цена уређаја се процењује на 1,1 милиона долара.
Ово је први и до сада једини суперкомпјутер на свету који ради у флопс режиму. Фронтиер је постао лидер пре годину дана, али никоме није дозволио да чак и задире у њену позицију на ранг листи из јуна 2023. године. И до сада, почетком 2024. године, амерички суперкомпјутер је најпродуктивнији на свету.
Али научници већ сугеришу да ће можда после неког времена морати да призна супериорност друге америчке машине: суперкомпјутера Аурора.
Према последњем рангирању, нови суперкомпјутер Аурора са Интел Саппхире Рапидс чиповима, који ради у Аргонне Леадерсхип Цомпутинг Фацилити у Илиноису, САД, заузима друго место са ХПЛ перформансом од 585,34 ПФлопс. Иако је ово само половина перформанси Фронтиеровог водећег суперкомпјутера, систем Аурора још није завршен, а тренутно је у функцији само половина планираног коначног система. По завршетку, Аурорин предвиђени учинак ће вероватно премашити 2 ЕФлопс. Суперкомпјутер Аурора, који је креирао Интел, заснован је на ХПЕ Цраи ЕКС архитектури - Интел Екасцале Цомпуте Blade, користи Интел Ксеон ЦПУ Мак Сериес процесоре и Интел Дата Центер ГПУ Мак Сериес акцелераторе. Као иу Фронтиер-у, ХПЕ Слингхот-11 мрежа је одговорна за пренос података.
Трећи најефикаснији суперкомпјутер је нови систем заснован на облаку под називом Еагле Microsoft Азурно у САД. Ово је својеврсни технолошки куриозитет, јер је Еагле суперкомпјутер у облаку, а трећа позиција на ранг листи Топ500 је највиша икада постигнута клауд системом. Microsoft Еагле се може похвалити ХПЛ перформансама од 561,2 ПФлопс, срце рачунара су Интел Ксеон Платинум 8480Ц процесори и акцелератори NVIDIA ХКСНУМКС.
Овде вреди поменути јапански суперкомпјутер Фугаку, чије су перформансе више него три пута мање од Фронтиер, и један од најпродуктивнијих суперкомпјутера у прошлости - ЛУМИ. Иако Кинези и даље граде нешто моћно, све је то у будућности.
Такође занимљиво: Технолошке прогнозе за 2024: шта очекивати?
Зашто нам је потребна толика рачунарска снага?
Можда се дивите ефикасности најбржих машина на Земљи, али перформансе које они постижу нису у обарању рекорда, већ у добијању жељених резултата прорачуна у најкраћем могућем року. Ниједан корисник суперкомпјутера не користи ту машину за писање е-поште или припрему презентације. Био би ужасан губитак користити такве машине за обављање задатака које можемо да обављамо на уређајима у нашим домовима. На крају крајева, рачунарски потенцијал суперкомпјутера омогућава вам да извршите радње које нису доступне на обичним рачунарима.
О којим задацима је реч? Пре свега, о онима који могу донети стварну корист, а то нису нужно они који се одмах могу претворити у новац. Вреди подсетити да је само око 600 милиона америчких долара потрошено на стварање суперкомпјутера Фронтиер. Наравно, значајни су и трошкови његове употребе и текућег одржавања. Суперкомпјутер заузима површину од 680 квадратних метара и троши 21 МВ електричне енергије.
Фронтиер се, као и други суперкомпјутери, користи, између осталог, за такве задатке као што су моделирање климе, истраживање и производња нових лекова виталних за човечанство, истраживање нових технологија материјала итд. Наравно, обим задатака које обавља ова врста опреме је много шири и укључује, на пример, анализу огромних скупова података разних врста: финансијских, медицинских, сателитских снимака, моделирање физичких појава и многе, многе друге. Чињеница да је Фронтиер први суперкомпјутер екасцале омогућава му да обавља задатке који би били тешки чак и на другим суперкомпјутерима.
Пример може бити моделирање целог животног циклуса термонуклеарног реактора. Да, ово није грешка. Још увек не постоји ниједна фузиона електрана на свету, али Фронтиерова моћна рачунарска моћ ексаскала омогућава симулацију понашања хипотетичког фузионог реактора и предвиђање понашања плазме у таквом реактору. Наравно, док се термонуклеарна енергија не комерцијализује, тешко је размишљати о предностима, али нико у свету не сумња да је рачунарска снага која ће допринети стварању и развоју термонуклеарне енергије и спасити читаво човечанство од несташице енергије вредна било какве улагања.
Прочитајте такође: Све о Microsoft Копилот: будућност или погрешан пут?
Суперкомпјутери и медицина
Једна од примена суперкомпјутера су сложена и енергетски интензивна прорачуна везана за структуру хемикалија и органских једињења. Пажљива анализа понашања појединачних супстанци, која је могућа због способности да се симулира понашање датог једињења на веома прецизном нивоу, представља алат који омогућава развој нових, ефикаснијих лекова.
Још 2020. године, пре лансирања Фронтиер суперкомпјутера, научници из Националне лабораторије Оак Риџ, која је тада имала суперкомпјутер Суммит (ова машина је била најефикаснији суперкомпјутер у 2018. години, још увек је у употреби, и рангирана је на 7. са ефикасношћу од 148,8 ПФлопс) га је користио за развој нове врсте лека против рака. Испоставило се да је нови лек за око 10% бољи, ефикаснији у лечењу од претходно коришћених средстава. Наравно, 10 одсто није толико, али то реците пацијентима који су захваљујући тој „малој“ разлици успели да спасу живот. Људски живот је, наравно, непроцењив, али сваки лек са већом ефикасношћу може уштедети огромна средства за здравствени систем и смањити трошкове лечења. Овде Фронтиер може добро доћи. Његове могућности су много веће од могућности истог суперкомпјутера Суммит.
Прочитајте такође:
- Apple Висион Про је најреволуционарнији уређај од иПхоне-а. Али постоји нијанса ©
- Пребаците на Apple МацБоок Аир са М2 процесором: преглед и моји утисци
Фронтиер и нови климатски модел
Климатско моделовање захтева анализу и оправдање модела миленијумске историје Земље. Наравно, ово је задатак који захтева огромну количину рачунарских ресурса. Што прецизније можемо да моделујемо климатске промене и предвидимо шта ће се десити на дужи рок, потребни су нам бржи и моћнији суперкомпјутери.
Марк Тејлор из Сандиа Натионал Лабораториес, један од истраживача који раде на првим дугорочним климатским предвиђањима у свету користећи ескалирајуће рачунарство, једном је приметио: „Јединствена рачунарска архитектура Фронтиер суперкомпјутера омогућава ствари које раније нисмо могли да урадимо. Односно, рачунарска снага ове машине смањује прорачун који је некада трајао годинама на неколико дана. Истовремено, омогућава истраживачима да добију детаљне процене дугорочних ефеката климатских промена и екстремних временских услова. „Ово је нови златни стандард за климатско моделирање“, додаје Тејлор.
Које су предности? Они су једноставно огромни. Способност предвиђања катастрофалних временских промена може спасити десетине хиљада, а можда чак и милионе живота. А анализа вероватног утицаја загревања климе на глобалне и регионалне циклусе воде омогућава нам да се унапред припремимо за будуће промене. Модерни просторни модели постоје, али су рачунарски изузетно захтевни. До недавно презахтевно. Да, они нам омогућавају да теоретски предвидимо сложену интеракцију између различитих елемената који чине оно што називамо временом или климом, на пример, конвективно кретање које прати формирање облака, али тамо је потребно обрадити огроман ток информација и праве прорачуне невероватне сложености.
Присуство суперкомпјутера Фронтиер је то већ променило. Пројекат Енерги Екасцале Еартх Систем Модел (Е3СМ) превазилази ове препреке комбиновањем нових софтверских приступа са огромним екасцале перформансама. Саратх Срипатхи, коаутор студије и координатор пројекта Е3СМ и коаутор модела атмосфере Е3СМ под називом СЦРЕАМ, објашњава: “Заједница за моделирање климе дуго је сањала о покретању модела у километрима довољно брзо да олакшају деценијама дуга предвиђања, а сада је то стварност.".
Другим речима, такав пројекат без Фронтиер-а једноставно би пропао због недостатка обима обраде података. Међутим, вреди напоменути да није важна само основна рачунарска снага, већ и оптимизација самих модела. Питер Колдвел, климатолог у Националној лабораторији Лоренс Ливермор, и његов тим провели су протеклих пет година правећи нови модел облака од нуле. Ефикасно ће радити на графичким процесорима (ГПУ), који су данас веома важна компонента рачунарске снаге савремених суперкомпјутера. Овде се може уврстити и занимљив врхунски аутомобил у својој класи.
Замислити. Прилагођавање кода за рад на ГПУ-има довело је до значајног повећања перформанси. СЦРЕАМ може да ради на 8192 Фронтиер чвора да би симулирао глобалне формације облака за које је обично требало више од годину дана (тачније 1,25 година) у једној 24-часовној рачунарској сесији. Дугорочне симулације које обухватају 30-40 година могу се урадити на Фронтиеру за неколико недеља. Истраживачи примећују да је раније било готово немогуће направити такве прорачуне. Људи који су заинтересовани да сазнају више о овим студијама могу упознају се са новом научном публикацијом Марк Тејлор и његов тим.
Такође занимљиво:
- Како америчка војска прати Деда Мраза
- Забрана продаје Apple Гледајте у САД: Сви детаљи случаја
- Преглед Lenovo Иога Боок 9и: конвертибилни лаптоп са два екрана
Граничне и материјалне технологије
Један занимљив пројекат који користи предности ексаскалног потенцијала Фронтиер суперкомпјутера је рад у области технологије материјала. Ово је једна од највећих икада рачунарских симулација легуре, која је, захваљујући својој рачунарској ефикасности, омогућила постизање тачности скоро квантног нивоа. Ово истраживање, које је спровео Викрам Гавини са Универзитета у Мичигену, иновативно је по томе што користи Шредингерову једначину за моделирање понашања различитих материјала. Огромна рачунарска снага Фронтиер-а омогућила му је да симулира систем легуре магнезијума који се састоји од 75 атома.
Легуре магнезијума су веома интересантан материјал. Веома је лаган и истовремено јак. Међутим, легуре магнезијума су осетљиве на одређене дефекте, углавном на дислокације (тј. масивне дефекте у кристалној структури материјала), који драматично мењају њихова механичка својства. Тиме се обећавајући материјал претвара у комад неупотребљивог метала, јер лако пуца, крт је и нестабилан. Научници су уз помоћ Фронтиерове рачунарске снаге успели да исправе неке од ових недостатака у легурама магнезијума. Али ово је само почетак тешког рада.
Такође занимљиво:
Будућност суперкомпјутера?
Конвенционални рачунари не могу да реше изазове које нам постављају неки научни и технички проблеми. Суперкомпјутери имају много више рачунарске снаге, што им омогућава да изводе прорачуне који би били немогући или би им одузимали превише времена на обичним рачунарима. Стварањем суперкомпјутера, научници настоје да прошире границе нашег знања и способности, као и да реше проблеме који могу имати огроман стварни утицај на нашу будућност.
Муров закон каже да се снага рачунара експоненцијално повећава. Сваке две године, брзина прорачуна се удвостручује, инжењери и научници успевају да пронађу решења за проблеме који су се раније сматрали немогућим.
Једног дана, суперкомпјутери ће постати уобичајени. На крају крајева, пре само десет година такви концепти као што су виртуелна реалност, игре у облаку и метауниверзум постојали су само у машти неколико техно стручњака и штребера, а данас је то наша стварност. Будућа генерација неће морати чак ни да се информише и запосли у Гуглу да би искористила предности суперкомпјутера: они ће тихо и неприметно постати део свакодневног живота, баш као паметни телефони, лаптопови и друге ствари.
Прочитајте такође: