Kaikki eivät ymmärrä miksi tarvitsemme kalliita supertietokoneita. Ehkä se on show-off ja rahanhukkaa? Yritetään selvittää se …
Maailman tehokkaimpien supertietokoneiden uusi Top-500 -luokitus on julkaistu. Tällä kertaa amerikkalainen auto sijoittui ensimmäiseksi, työntäen kiinalaisen "kollegan". IBM on julkaissut tehokkaimman supertietokoneen, Summitin, Yhdysvaltain energiaministeriön Oak Ridge National Laboratoryn tilauksesta. Hänen järjestelmänsä suorituskykyksi arvioitiin 200 petaflops (200 neliömetriä operaatiota sekunnissa). Kun Kiina ja Yhdysvallat taistelevat "mitaleista", venäläiset autot …
… ovat tyytyväisiä vain paikkaan kahdeksannesta kymmenestä. Ilja Plekhanov puhuu tietokonekilpailusta ja maailman suurimpien maiden uusista mahdollisuuksista voimakkaiden koneidensa avulla.
Supertietokoneen toimintakykyä mittaavan standardi Linpack-testin jälkeen Amerikan huippukokouksen todellinen indikaattori oli 122,3 petaflopsia, kun taas entisen mestarin, Kiinan Sunway TaihuLightin suorituskyky oli 93 petaflops. Joten Yhdysvallat sai kämmenen tuottavimmissa supertietokoneissa, jotka se menetti Kiinalle vuonna 2013.
Suorittimen huippukokous.
Uusi amerikkalainen huippukokous koostuu 4 608 kaksiprosessorisesta IBM AC922 -palvelimesta, jotka saavat 22 ytimen IBM Power9 -prosessoreita, joista kukin saa 6 NVIDIA Tesla V100 GPU: ta. Sisäiset yhteydet käyttävät Mellanoxin kaksitaiteista EDR InfiniBand -verkkoa 200 Gbps kaistanleveydellä palvelinta kohti. Supertietokone toimii Red Hat Enterprise Linux 7.4 -käyttöjärjestelmässä. MIT Technology Review raportoi, että huippukokous painaa enemmän kuin matkustajalentokone ja siellä on 2 tenniskenttää.
Jo ennen järjestelmän lopullista valmistumista tutkijat suorittivat laskelmia genomien suhteen, minkä aikana he kirjasivat huippukokouksen suorituksen 1,88 esimerkkiä. Oak Ridgen kansallisen laboratorion johtajan Thomas Zachariahin mukaan tämä on ensimmäinen kerta historiassa, kun 1 ulkoneva este on rikki. Talvella Kiina uhkasi käynnistää tietokoneen, jonka suorituskyky on 1 eksafloppi, tämän vuoden loppuun mennessä, eli kvintillion (10 - 18 tehoa) sekunnissa, kun taas Yhdysvallat on aiemmin myöntänyt 258 miljoonaa dollaria supertietokoneen luomiseksi yli 1 eksaflopen suorittamiseksi vuoteen 2021 mennessä. Kuuden amerikkalaisen yrityksen - kuten Hewlett-Packard, IBM, Intel, NVIDIA, Cray ja AMD - toteuttavat kehitystyön, kuten vuonna 2017 ilmoitettiin.
Supertietokoneen ääni:
Mainosvideo:
Maan vallan symboli
Toisen supertietokoneen syntyminen on eräänlainen arvostettu virstanpylväs ja osoitus siitä, mitä maa voi tehdä, onko sillä resursseja ja taidot, budjetti sadoista miljoonista dollareista yli miljardiin supertietokoneen luomiseen, onko olemassa energian kapasiteettia virtalähteelle, teknisiä ratkaisuja lämmönpoistoon, onko heillä omia prosessoreita, pätevää henkilöstöä ja niin edelleen. Yhdysvaltain energiaministeri Rick Perry kommentoi huippukokouksen esiintymistä:
Kansalliseen turvallisuuteen liittyvää kysymystä voidaan pitää avaimena, koska Yhdysvallat on ainakin huolissaan Kiinan aikomuksesta tulla johtajaksi tekoälyn alalla. Loppujen lopuksi tämä tarkoittaa AI: n käyttöä sotilasalalla.
Toiseksi sijoittunut kiinalainen Sunway TaihuLight oli läpimurto Kiinalle luomalla oma laskenta- ja elementtipohja. Sunway TaihuLight -prosessorit perustuvat paikalliseen ShenWei-arkkitehtuuriin, jonka on kehittänyt Shanghai State High Performance IC Design Center. Solmuprosessorien välinen yhdistämisjärjestelmä, joka tunnetaan nimellä Sunway Network, kehitettiin myös Kiinassa. Lisäksi Sunway TaihuLight on oma toteuttanut rinnakkaisohjelmointistandardin, Linux-pohjaisen SunWay Raise OS 2.0.5 -käyttöjärjestelmän. Toisin sanoen Kiina onnistui voittamaan riippuvuudensa amerikkalaisista elementeistä ja asettamaan rajoitukset korkean teknologian tuotteiden toimitukselle vuodesta 2015.
Sunway TaihuLight.
Venäjällä vuonna 2009 Moskovan osavaltion yliopistoon asennettiin Lomonosov-supertietokone, joka sisältää 6 654 laskusolmua, yli 94 000 prosessorin ydintä ja sen huipputeho on 1,37 Pflops. Järjestelmän todellinen suorituskyky Linpack-testissä on 674 teraflopsia, minkä ansiosta se pystyi sijoittautumaan 13. sijalle maailman parhaiten tuottavien tietokoneiden luettelossa kesäkuussa 2011.
Maaliskuussa 2018 Moskovan osavaltion yliopisto ilmoitti, että kehitys oli saatu päätökseen ja Lomonosov-2-supertietokoneen uusi osa, jonka huipputeho on 1,8 Pflops, on alkanut kokeilla, mikä antaa sen tulevaisuudessa mahdollisuuden lähestyä 5 Pflops-rajaa. Uusi supertietokoneosasto perustuu Intel Skylake -ydinprosessoreihin ja NVidia Pascal P100 GPU -laitteisiin, joissa on laitteiston tuki nopeaan NVLink-rajapintaan.
"Lomonosov".
Moskovan alueen Dubnan kaupungin yhteisen ydintutkimusinstituutin työntekijät esittelivät maaliskuussa uuden supertietokoneen "Govorun", jota käytetään tulevaisuuden raskas ionien kolareiden, NICA: n, tietojen käsittelyyn. Govorunin esitys on 1 petaflops. Supertietokone perustuu 72 ytimen Intel Xeon Phi 7290- ja Intel Xeon Gold 6154 -prosessoreihin.
Supertietokoneet näkyvät Venäjällä, mutta niiden suorituskyky ei ole sellainen, että ne sisällytetään Top500-luokitukseen. Tämän vuoden tammikuussa ICM: n ja MG SB: n RAS: n kollektiivisen käytön keskuksen "Siperian supertietokonekeskus" -johtajana toiminut Igor Chernykh sanoi:
RSK-yritysryhmän yritysviestinnän johtajan Oleg Gorbatšovin mukaan tilanne voitaisiin korjata kansallisella ohjelmalla:
Supertietokonetehtävät
Supertietokonetta tarvitaan, jotta voidaan työskennellä valtavan määrän dataa ja muuttujia - informaation ollessa mitattu exabyateissa (10 - 18 tavun tehoa) ja yottabyateissa (10 - 24 byte: n teho). Ja se ei koske vain volyymeja, vaan myös nopeutta. Esimerkiksi meteorologisten olosuhteiden laskelmat osoittautuvat turhiksi, jos ne vievät pidempään kuin tietyn sääilmiön alkaminen.
"Talker".
Toinen kysymys on, että vaikeuksia ei aiheudu niinkään operaatioiden lukumäärästä sekunnissa, vaan niiden algoritmien kehittämisessä, jotka vaativat sellaiset nopeudet ja niin monen prosessorin. Eli tekniset ominaisuudet paranevat, mutta he tarvitsevat myös matemaattisia malleja, ohjelmistojen täyttämisen - ymmärryksen siitä, kuinka ja mitä laskea.
Fysikaalisten ja matemaattisten tieteiden tohtori, Soveltavan matematiikan instituutin johtava tutkija M. V. Keldysh Andrey Kuleshov selittää supertietokonetekniikan käytön erityispiirteet:
Siksi venäläiset tutkijat uskovat, että Venäjän jäljessä Yhdysvalloista ja Kiinasta petaflopsissa ei ole niin kauheaa. Avain koneiden tehokkaaseen käyttöön on korkea matemaattinen taso ja ohjelmistoasiantuntijoiden luokka Venäjällä.
Mitä he tekevät nyt
Esimerkiksi espanjalainen supertietokone MareNostrum (kuten muinaisia pakanallisia roomalaisia kutsuttiin Välimereksi) sijaitsee Torre Gironan entisen kristillisen kappelin tiloissa, ja sitä käytetään geeniteknisissä laskelmissa, astrofysiikkoihin, uusien lääkkeiden luomiseen ja sääennusteisiin.
Mutta kaikki ei kohdistu vain laaja-alaiseen tieteelliseen tutkimukseen. Liiketoiminta käyttää myös aktiivisesti supertietokoneita. Esimerkiksi Ford käyttää voimakkaita autoja törmäystesteissä, joissa autot törmäävät esteeseen ja tonni parametreja on kuvattava, mitattava ja analysoitava. Supertietokoneen käyttö voi vähentää kaatuneiden todellisten autojen määrää ja testata kustannuksia kolmanneksella, mikä säästää miljoonia dollareita.
Supertietokoneita käyttämällä DuPont on syntetisoinut uuden materiaalin, joka on palamaton, korroosionkestävä ja vähämyrkyllinen. Yhdessä viikossa suoritettiin tarvittavat laskelmat supertietokoneelle, jolle he käyttivät yhteensä noin 5 tuhatta dollaria. Tutkimus "vanhanaikainen tapa" maksaa vähintään 50 tuhatta dollaria kolmen kuukauden työstä.
Supertietokoneen suorittaman törmäystestin simulointi ottaen huomioon auton kaikkien osien vahingot.
Vuodesta 1990 Wimbledon-turnauksen kumppani tekniikan alalla on amerikkalainen yritys IBM, joka tarjoaa mestaruuden järjestäjille supertietokoneen Watsonin. Sen avulla analysoidaan sosiaalisia verkostoja faneiden positiivisten ja negatiivisten mielialojen tunnistamiseksi, kommentaattoreille mahdollisten vertailutietojen tarjoamiseksi arkistoista ja automatisoida markkinointi ja PR Internetissä.
Ranskalainen yritys Total in öljintutkimus käyttää supertietokonetta analysoimaan tietoja maanpohjasta. Mallinnuksen avulla et voi turvautua poraamiseen, jos öljystä on epäilystä. Yhdessä tällaisessa tapauksessa porauksesta luopuminen säästää yritykselle noin 80 miljoonaa dollaria.
Mitä tulee uuteen amerikkalaiseen supertietokoneeseen, jotkut projektit pääsevät siihen tänä vuonna materiaalien subatomisen käyttäytymisen mallintamiseen, syöpää aiheuttavien tekijöiden tunnistamiseen ja proteiinien ja solujärjestelmien vuorovaikutuksen tutkimiseen. Pääasiakkaana vuonna 2019 on energiaosasto, joka käyttää sitä vaihtoehtoisen energian laskentaan. Huippukokousta käytetään myös tekoälyn sovelluksiin vuonna 2019.
Venäjän supertietokoneen avulla Moskovan valtion yliopiston mekaniikan ja matematiikan tiedekunnan ryhmä ja Venäjän tiedeakatemian sovelletun matematiikan instituutti saivat tuloksia ylääänen moodien kärjen pyörteiden muodostumisen ja kehityksen numeerisesta mallinnuksesta, seismiset tiedot käsiteltiin RSC Energian tarpeita varten, avaruusaluksen ympärillä tapahtuvan virtauksen laskelmat ilmakehässä laskeutumisen aikana ja ilmakehän hidastuessa. Maan. Lomonosov ratkaisi myös lupaavan ydinreaktorin massan ja lämmönsiirron ongelman. Moskovan osavaltion yliopiston fysiikan tiedekunnan tutkijat tutkivat huhtikuussa erityyppisiä polymerointireaktioita tietokonesimulaatioiden avulla Lomonosov-2-supertietokoneella.
RSC Energian kokoonpanokauppa.
Tämän vuoden keväällä tuli tiedossa, että Rosatom ja Roscosmos alkavat testata moottoreita uudelle venäläiselle superraskaalle raketille virtuaalitodellisuudessa osana supertietokoneen simulaatiota. Projekti alkoi vuonna 2014 ja maksoi lähes 270 miljoonaa ruplaa. 30. tammikuuta 2018 allekirjoitettiin virtuaalitesteihin tarkoitettujen ohjelmistojen kehittämistä koskevien töiden hyväksymisasiakirja.
Mitä voi tulevaisuudessa
Vaihtoehtoja on monia. Supertietokoneita voidaan käyttää meteorologisten ennusteiden, diagnoosien tarkkuuden lisäämiseen, geenien ja syövän välisen suhteen tunnistamiseen, turbulenssin, palamisprosessien simulointiin, uusien materiaalien, uusien lääkkeiden kehittämiseen, uuden tekniikan työn simulointiin, kiinteiden aineiden muodonmuutosten laskemiseen ottaen huomioon tuhoamisprosessit, droonien hallinta, nykyaikaisten aseiden käytön mallintaminen, satelliittien ja dronejen tietojen analysointi, salaustekniikka, sähkömagneettisen säteilyn vaikutuksen mallintaminen komposiittimateriaaleihin (erityisesti lentokoneiden pinnoitteisiin), aivojen työn mallintaminen ja niin edelleen.
Supertietokoneet osallistuvat myös persoonallisuuden profilointiin ja kasvojentunnistusjärjestelmien, toiminnan seurannan ja sosiaalisen luokituksen toteuttamiseen Kiinassa. Joidenkin ennusteiden mukaan supertietokoneet pystyvät simuloimaan tarkasti koko Maapallon sääjärjestelmää sen jälkeen, kun ne ovat saavuttaneet suorituskyvyn, joka ylittää 1 zetaflops (1000 exaflops). Tällaisten koneiden odotetaan ilmestyvän vuoteen 2030 mennessä.
Seurantajärjestelmä Guiyangissa, Kiinassa.
Kenellä on pääsy
Paitsi parhaan supertietokoneen suorituskyky ei myöskään ole tärkeä, mutta myös maan koneiden kokonaismäärä ja niiden saatavuus. Mitä enemmän tietokeskuksia, sitä enemmän organisaatiot ja laitokset voivat käyttää niitä, sitä laajempi tehtävävalikoima voidaan ratkaista.
Venäjällä vain yhden Moskovan yliopiston supertietokonekompleksin kykyjä käyttää tällä hetkellä 2 500 asiantuntijaa Moskovan valtionyliopiston 20 osastosta, yli 100 Venäjän tiedeakatemian instituutista ja yli 100 Venäjän yliopistosta.
Top500-projektin mukaan maa, jossa on eniten supervoimia tietokoneita tämän vuoden kesäkuusta lähtien, on Kiina: se omistaa 206 supertietokonetta listalta (kuusi kuukautta sitten siellä oli 201 järjestelmää). Samaan aikaan Yhdysvallat vähensi osuuttaan luokituksessa 143 järjestelmästä 124. Mutta voidaan huomata, että maan kaikkien järjestelmien kokonaissuorituskyvyn suhteen Yhdysvallat ohitti tällä kertaa Kiinan. Amerikan kokonaistuottavuus on 38,2% Top500: n kokonaistuottavuudesta, kun taas Kiinan tuottavuus on 29,1%.
Supertietokoneiden tehon keskimääräinen kasvu maailmassa.
Japani (36 järjestelmää), Iso-Britannia (22 järjestelmää), Saksa (21 järjestelmää), Ranska (18 järjestelmää) ovat Kiinan ja Yhdysvaltojen takana supertietokoneiden lukumäärässä.
Venäjällä on listalla neljä supertietokonetta - yksi enemmän kuin edellisessä luettelossa kuusi kuukautta sitten. Lomonosov-2 sijoittui 72. sijalle, tietokone Roshydrometissa - 172., Lomonosov - 326. sija, supertietokone Kurchatovin instituutissa - luokituksen 458. rivi.
Mitä seuraavaksi?
Ja sitten edistyneet maat pyrkivät poistamaan olemassa olevien supertietokoneiden fyysiset rajoitukset. Yritykset keskittyvät pii-fotoniikan, neuromorfisen ja kvanttilaskennan, biotietokoneiden ja solutietokoneiden kaltaisen tekniikan luomiseen. Esimerkiksi vuonna 2014 IBM käynnisti tutkimusohjelmat ensimmäisillä alueilla. Rahoitusmäärä oli 3 miljardia dollaria.
Uusien materiaalien ja tekniikoiden kehityksen kiihtyminen supertietokoneiden avulla eri suuntiin voi viime kädessä antaa kumulatiivisen jäykän sysäyksen maiden kehitykselle ja niiden teknologiselle erottelulle kilpailijoista. Tietokoneen tuottavuuden nopeaa kasvua kutsutaan jopa vallankumoukseksi sivilisaation kehityksessä.
Ilja Plekhanov