Не всеки разбира защо имаме нужда от скъпи суперкомпютри. Може би това е шоу-шоу и загуба на пари? Нека се опитаме да го разберем …
Публикувана е нова класация на Топ-500 на най-мощните суперкомпютри в света. Този път американският автомобил зае първо място, натискайки китайския „колега“. IBM пусна най-мощния суперкомпютър, Summit, по поръчка на Националната лаборатория на Oak Ridge на Министерството на енергетиката на САЩ. Производителността на неговата система се оценява на 200 петафлопа (200 квадрилиона операции в секунда). Докато Китай и САЩ се борят за "медали", руските коли …
… се задоволяват само с място в осмата десетка. Иля Плеханов говори за компютърната надпревара и новите възможности на най-големите страни в света с техните мощни машини.
След стандартния тест на Linpack, който отчита оперативните показатели на суперкомпютър, реалният показател на Американската среща на върха беше 122,3 петафлопа, докато представянето на бившия шампион, китайският Sunway TaihuLight, беше 93 петафлопа. Така САЩ си възвърнаха дланта в най-продуктивните суперкомпютри, които загубиха от Китай през 2013 г.
Процес на върха.
Новата американска среща на върха се състои от 4,608 двупроцесорни IBM AC922 сървъри, захранвани от 22-ядрени IBM Power9 процесори, всеки захранван от 6 графични процесора NVIDIA Tesla V100. Вътрешните връзки използват Mellanox двойна железопътна EDR InfiniBand мрежа с 200 Gbps честотна лента на сървър. Суперкомпютърът работи на операционна система Red Hat Enterprise Linux 7.4. MIT Technology Review съобщава, че срещата на върха тежи повече от пътнически самолет и заема 2 тенис корта.
Дори преди окончателното завършване на системата изследователите проведоха изчисления спрямо геномите, по време на които записаха изпълнението на срещата на върха от 1,88 екскафлопа. Това е първият път в историята, че е пречупена бариерата от 1 екскафлопс, според Томас Захария, директор на Националната лаборатория Оук Ридж. През зимата Китай заплаши, че ще пусне компютър с производителност от 1 ексфалопс до края на тази година, тоест квинтилион (от 10 до 18-та мощност) на операции в секунда, докато САЩ преди това отпуснаха 258 милиона долара за създаване на суперкомпютър с производителност над 1 експлапс до 2021 година. Разработката, както беше обявено през 2017 г., се осъществява от шест американски компании - Hewlett-Packard, IBM, Intel, NVIDIA, Cray и AMD.
Суперкомпютър работещ звук:
Промоционално видео:
Символът на силата на страната
Появата на друг суперкомпютър е един вид престижен етап и показател за това какво може да направи страната, има ли ресурси и умения, бюджет от стотици милиони до над милиард, за да създаде суперкомпютър, има ли енергиен капацитет за захранване, инженерни решения за отстраняване на топлина и т.н. имат ли собствени процесори, квалифициран персонал и т.н. Американският министър на енергетиката Рик Пери коментира появата на върха на върха:
Въпросът за националната сигурност може да се счита за ключов, тъй като САЩ са загрижени поне за намерението на Китай да стане лидер в областта на изкуствения интелект. В крайна сметка това означава използването на ИИ във военната сфера.
Китайският Sunway TaihuLight, който зае второто място, беше пробив за Китай в създаването на собствена изчислителна и елементна база. Процесорите Sunway TaihuLight са базирани на местната архитектура ShenWei, разработена от Шанхайския държавен високопроизводителен център за проектиране на IC. Системата на междупроцесорно свързване на възли, известна като Sunway Network, също беше разработена в Китай. В допълнение, Sunway TaihuLight има собствена реализация на софтуера за паралелно програмиране, базирана на Linux SunWay Raise OS 2.0.5 операционна система. Тоест, Китай успя да преодолее зависимостта си от американските елементи и наложените ограничения върху доставките на високотехнологични продукти от 2015 г. насам.
Sunway TaihuLight.
В Русия през 2009 г. в Московския държавен университет е инсталиран суперкомпютърът Ломоносов, който съдържа 6 654 изчислителни възли, повече от 94 000 процесорни ядра и има пикова производителност от 1.37 Pflops. Реалната производителност на системата на теста на Linpack е 674 терафлопа, което й позволи да заеме 13-то място в списъка на най-производителните компютри в света през юни 2011 г.
През март 2018 г. Московският държавен университет обяви, че разработката е завършена и започва пробна експлоатация на нов участък от суперкомпютъра Ломоносов-2 с пикова производителност от 1,8 Pflops, което в бъдеще ще му позволи да се доближи до границата на 5 Pflops. Новата суперкомпютърна секция е базирана на многоядрени процесори Intel Skylake и NVidia Pascal P100 графични процесори с хардуерна поддръжка за високоскоростния интерфейс NVLink.
"Ломоносов".
През март служители на Съвместния институт за ядрени изследвания в Московската област град Дубна представи нов суперкомпютър "Govorun", който ще бъде използван за обработка на данни от бъдещия тежък йонен коллайдер NICA. Изпълнението на Govorun е 1 петафлопс. Суперкомпютърът е базиран на 72-ядрени процесори Intel Xeon Phi 7290 и Intel Xeon Gold 6154.
Суперкомпютрите се появяват в Русия, но не с такава производителност, която да бъде включена в класацията на Top500. През януари тази година Игор Черних, тогава действащ ръководител на Центъра за колективно използване "Сибирски суперкомпютърен център" на ICM & MG SB RAS, заяви:
Според Олег Горбачов, директор за корпоративните комуникации на групата от компании RSK, ситуацията може да се коригира от националната програма:
Суперкомпютърни задачи
Суперкомпютърът е необходим, за да работи с огромно количество данни и променливи - с информация, измерена в екзабайти (10 до 18-та мощност на байтове) и в йоттабайти (10 до 24-та мощност на байтове). И не става въпрос само за обеми, но и за скорост. Например, изчисленията на метеорологичните условия ще се окажат безсмислени, ако отнемат повече време от началото на конкретен метеорологичен феномен.
"Talker".
Друг въпрос е, че трудностите възникват не толкова с броя на операциите в секунда, колкото с изработването на онези алгоритми, които изискват такава скорост и такъв брой процесори. Тоест, техническите възможности се подобряват, но те също се нуждаят от математически модели, софтуерно пълнене - разбиране за това как и какво да броим.
Доктор на физико-математическите науки, главен изследовател в Института по приложна математика M. V. Келдиш Андрей Кулешов обяснява какви са спецификите на използването на суперкомпютърни технологии:
Затова руските учени смятат, че изоставането на Русия от САЩ и Китай по петафлопс не е толкова страшно. Ключът към ефективното използване на машините е високо математическо ниво и клас софтуерни специалисти в Русия.
Какво правят те сега
Например испанският суперкомпютър MareNostrum (както древните езически римляни наричат Средиземно море) се намира в помещенията на бившия християнски параклис на Торе Жирона и се използва за изчисления на генното инженерство, астрофизици, създаване на нови лекарства и прогнозиране на времето.
Но не всичко е фокусирано само върху мащабни научни изследвания. Бизнесът също активно използва суперкомпютри. Например Ford използва мощни автомобили при катастрофални тестове, при които автомобилите се блъскат в препятствие и тона параметри трябва да бъдат заснети, измерени и анализирани. Използването на суперкомпютър може да намали броя на истинските катастрофирани коли и да тества разходите с една трета, спестявайки милиони долари.
Използвайки суперкомпютри, DuPont синтезира нов материал, който е незапалим, устойчив на корозия и ниско токсичен. За една седмица бяха направени необходимите изчисления на суперкомпютър, за който общо те похарчиха около 5 хиляди долара. Проучването „по старомоден начин“би струвало поне 50 хиляди долара и три месеца работа.
Симулация на краш тест от суперкомпютър, като се вземат предвид щетите на всички елементи на автомобила.
От 1990 г. партньор на турнира в Уимбълдън в областта на технологиите е американската компания IBM, която осигурява на организаторите на първенството суперкомпютъра Watson. С негова помощ се анализират социалните мрежи, за да се идентифицират положителните и отрицателните настроения на феновете, да се предоставят на коментаторите всякакви сравнителни данни от архивите, както и да се автоматизират маркетинга и PR в Интернет.
Френската компания Total в проучването на нефт използва суперкомпютър, за да анализира информация за недрата. Моделирането ви позволява да не прибягвате до сондажи, когато има съмнение за наличието на масло. В един такъв случай изоставянето на сондажите спести на компанията около 80 милиона долара.
Що се отнася до новия американски суперкомпютър, някои проекти ще имат достъп до него през тази година, за да моделират субатомното поведение на материалите, да идентифицират фактори, които причиняват рак, и да проучат взаимодействието на протеини и клетъчни системи. Основният клиент през 2019 г. ще бъде Министерството на енергетиката, което го използва за своите алтернативни енергийни изчисления. Summit ще се използва и в приложения за изкуствен интелект през 2019 година.
С помощта на руски суперкомпютър, групата на Факултета по механика и математика на Московския държавен университет и Института по приложна математика на Руската академия на науките, получени резултати при числено моделиране на формирането и развитието на върха вихри в свръхзвукови режими, сеизмични данни са били обработени, за нуждите на RSC Energia, изчисления са направени на потока около космически кораб по време на спиране в атмосферата и кацане на повърхността Земята. Ломоносов също реши проблема с масовия и топлопредаването за обещаващ ядрен реактор. През април учени от Физическия факултет на Московския държавен университет изследваха различни видове реакции на полимеризация, използвайки компютърни симулации на суперкомпютъра Ломоносов-2.
Сглобяем магазин на RSC Energia.
През пролетта на тази година стана известно, че Росатом и Роскосмос започват да тестват двигатели за нова руска супертежка ракета във виртуална реалност като част от суперкомпютърна симулация. Проектът започва още през 2014 г. и струва почти 270 милиона рубли. На 30 януари 2018 г. беше подписан акт за приемане на работи по разработването на софтуер за виртуални тестове.
Какво може в бъдеще
Има много опции. Суперкомпютрите могат да се използват за повишаване на точността на метеорологичните прогнози, диагнози, за идентифициране на връзката между гените и рака, за симулиране на турбулентност, горивни процеси, за разработване на нови материали, нови лекарства, за симулиране на работата на нови технологии, за изчисляване на деформации на твърди вещества, като се вземат предвид процесите на унищожаване и др. контрол над дронове, моделиране на използването на съвременни оръжия, за анализ на данни от спътници и дронове, криптография, моделиране на ефекта на електромагнитното излъчване върху композитни материали (по-специално върху покрити на самолети), моделиране на работата на мозъка и т.н.
Суперкомпютрите също ще участват в профилирането на личността и внедряването на системи за разпознаване на лица, мониторинг на дейността и социален рейтинг в Китай. Според някои прогнози суперкомпютрите ще могат точно да симулират цялата метеорологична система на Земята, след като постигнат производителност над 1 zetaflops (1000 екскафлопа). Появата на такива машини се очаква до 2030 година.
Система за проследяване в Guiyang, Китай.
Който има достъп
Важно е не само работата на най-добрия суперкомпютър, но и общият брой машини в страната и тяхната наличност. Колкото повече центрове за данни, колкото повече организации и институции имат достъп до тях, толкова по-широк спектър от задачи може да бъде решен.
В Русия възможностите на само един суперкомпютърен комплекс на Московския университет в момента се използват от 2500 специалисти от 20 отделения на Московския държавен университет, повече от 100 института на Руската академия на науките и повече от 100 университета в Русия.
Според проекта Top500 страната с най-голям брой свръхмощни компютри към юни тази година е Китай: притежава 206 суперкомпютри от класацията (преди шест месеца имаше 201 системи). В същото време САЩ намалиха своя дял в рейтинга от 143 системи на 124. Но може да се отбележи, че по отношение на съвкупната производителност на всички системи в страната, САЩ този път изпревариха Китай. Общата производителност на Америка е 38,2% от общата производителност на Top500, докато тази на Китай е 29,1%.
Средното увеличение на мощността на суперкомпютрите в света.
Япония (36 системи), Великобритания (22 системи), Германия (21 системи), Франция (18 системи) изостават от Китай и САЩ по брой на суперкомпютрите.
Русия има четири суперкомпютри в класацията - един повече, отколкото в предишния списък преди шест месеца. Ломоносов-2 зае 72-ро място, компютър в Рохидромет - 172-ро, Ломоносов - 326-а позиция, суперкомпютър в Института Курчатов - 458-и ред от рейтинга.
Какво следва?
И тогава напредналите страни ще работят за преодоляване на физическите ограничения на съществуващите суперкомпютри. Компаниите ще се съсредоточат върху създаването на технологии като силиконова фотоника, невроморфни и квантови изчисления, биокомпютри и клетъчни компютри. Например през 2014 г. IBM стартира изследователски програми в първите области с обем финансиране от 3 милиарда долара.
Ускоряването на разработването на нови материали и технологии с помощта на суперкомпютри в различни посоки може в крайна сметка да даде кумулативен гигантски тласък на развитието на страните и тяхното технологично отделяне от конкурентите. Бързият растеж на компютърната производителност дори се нарича революция в развитието на цивилизацията.
Иля Плеханов