Ол не үшін қолданылады? Шекара, Oak Ridge ұлттық зертханасында жұмыс істейтін әлемдегі ең қуатты және ең жылдам суперкомпьютер? Реакторларды модельдеуден климатты болжауға дейін.
Бұл сұрақ кеңірек контекстке ие. Маған жиі сұрақ қояды, егер әрқайсымызда компьютер болса, неге біз мұндай қуатты машиналарды жасаймыз? Әрине, суперкомпьютерлер - бұл энергияның орасан зор мөлшерін тұтынатын өте қымбат машиналар, бірақ олардан алатынымыз әлдеқайда құнды. Бүгін мен оны Frontier суперкомпьютерінің мысалы арқылы түсіндіруге тырысамын.
Сондай-ақ қызықты: OpenAI тарихы: бұл не болды және компанияны алда не күтіп тұр
Бізге суперкомпьютерлер не үшін қажет?
Қысқасы, суперкомпьютер үлкен ақпарат ағындарын өңдей алады. Біздің әлем өте жылдам өзгеруде, адамзат өңдеуді, талдауды, топтастыруды, сақтауды қажет ететін үлкен деректер қорын жасады. Бұл бізге, мысалы, жаңа, арзанырақ және тиімдірек дәрі-дәрмектерді, ұзаққа созылатын материалдарды алуға, ондаған жылдар бойы климаттың өзгеруін болжауға және т.б. Суперкомпьютерлер термоядролық реакторлар сияқты біз құрастыратын объектілердің әрекетін модельдеуге мүмкіндік береді. Және бұл ең жылдам суперкомпьютерлерді қолданудың кейбір мысалдары ғана. Иә, оларды өндіру және ұстау өте қымбат, бірақ олар оған тұрарлық.
Бірақ негіздерден бастайық. Қалай болғанда да суперкомпьютер дегеніміз не? Мұның нақты анықтамасы әлі жоқ. Дегенмен, қазіргі уақытта жұмыс істеп тұрған әрбір суперкомпьютердің тән ерекшелігі - өте жоғары есептеу қуаты. Жеңілдетілген анықтаманы Интернетте табуға болады, оған сәйкес суперкомпьютер - кем дегенде 1 терафлоп есептеу өнімділігіне қол жеткізе алатын машина, яғни 1012 секундына (триллион) өзгермелі нүкте операциялары. Бұл қарапайым үй компьютерлерімен салыстырғанда көп.
Егер бұрын компьютерлердің жылдамдығы IPS (секундыдағы нұсқаулар) арқылы өлшенсе, онда суперкомпьютерлер үшін жаңа бірлікті ойлап табу керек болды - FLOPS, яғни секундына өзгермелі нүктелік операциялар. Бұл сан неғұрлым жоғары болса, компьютер соғұрлым қуатты болады.
Әрине, белгілі бір есептеу шегіне негізделген тәсіл өте тез ескіреді, өйткені бұл машиналардың өзегі болып табылатын процессорлардың өнімділігі үнемі дамып, өсіп отырады. Жаңа процессорлардың әрбір шығарылымымен заманауи компьютерлердің өнімділігі де артады. Дегенмен, оларды салу өте қиын және қаржылық шығынды талап етеді.
Сондай-ақ оқыңыз: Адам миы жобасы: адам миына еліктеу әрекеті
Қандай суперкомпьютерлер ең жылдам?
Бізде бұл мәселе бойынша соңғы деректер бар. 2023 жылдың қарашасында көптеген жылдар бойы жер бетіндегі ең қуатты компьютерлердің өнімділік рейтингтерін тұрақты түрде жариялап келе жатқан Top500.org веб-сайты қазіргі уақытта бар 62 ең тиімді суперкомпьютерді ұсынатын Top500 рейтингінің соңғы, 500-ші шығарылымын жариялады. .
Frontier жүйесі әлі күнге дейін планетадағы ең тиімді суперкомпьютер болып табылады. Бұл суперкомпьютер әлемдегі ең бірінші эксаз масштабты есептеу жүйесі, яғни оның жылдамдығы 1 экзафлоптан асты. Фронтиердің өзі АҚШ-тың Теннесси штатындағы Ок-Ридж қаласында орналасқан Ұлттық зертханада орналасқан. Бұл суперкомпьютер 1193 EFlops (эксафлоп – квинтилион немесе 10) бойынша HPL ұпайымен (High Performance LINPACK – суперкомпьютерлердің өңделмеген өнімділігін бағалайтын арнайы сынақ) ағымдағы көшбасшы болып табылады.18 секундына өзгермелі нүктені есептеу).
Салыстыру үшін: ең қуатты чиптің жылдамдығы Apple M1 Ultra шамамен 21 терафлопты (бір триллион FLOPS) құрайды. Сан өте көп, бұл факт. Бір таңқаларлығы, сонау 2002 жылы одан да жоғары жылдамдықты дамытатын компьютер пайда болды - бұл жапондық технологиялық алпауыт NEC корпорациясының Earth Simulator суперкомпьютері. Оның жылдамдығы шамамен 36 терафлоп болды!
Frontier AMD EPYC 64C 2 ГГц процессорларын пайдаланады және соңғы HPE Cray EX235a архитектурасына негізделген. Ол 9408 AMD EPYC процессорларынан және 37632 AMD Instinct MI250x үдеткіштерінен жинақталған. Барлығы жүйеде 8 699 904 процессорлық және графикалық ядролар бар. Бұған қоса, Frontier 52,59 GFlops/ватт қуатты тиімділікке ие және деректерді тасымалдау үшін HPE Slingshot 11 желісін пайдаланады. Осылайша, сынақтар кезінде ол 1,1 экзафлопқа дейін шығара алады. Ең жоғары өнімділік 1,686 эксафлопқа жетті. Құрылғының құны 600 миллион долларға бағаланады.
Бұл флоп режимінде жұмыс істейтін әлемдегі бірінші және әзірге жалғыз суперкомпьютер. Frontier бір жыл бұрын көшбасшы болды, бірақ 2023 жылдың маусым айындағы рейтингінде ешкімге оның позициясына қол сұғуға мүмкіндік бермеді. Ал әзірге, 2024 жылдың басында американдық суперкомпьютер әлемдегі ең өнімді болып табылады.
Бірақ ғалымдар біраз уақыттан кейін ол басқа американдық машинаның: Аврора суперкомпьютерінің артықшылығын мойындауға мәжбүр болуы мүмкін деп болжайды.
Соңғы рейтингке сәйкес, АҚШ-тың Иллинойс штатындағы Argonne Leadership Computing Facility базасында жұмыс істейтін Intel Sapphire Rapids чиптері бар жаңа Aurora суперкомпьютері 585,34 PFlops HPL өнімділігімен екінші орында тұр. Бұл Frontier флагмандық суперкомпьютерінің өнімділігінің жартысы ғана болса да, Аврора жүйесі әлі аяқталмаған және жоспарланған соңғы жүйенің жартысы ғана жұмыс істеп тұр. Аяқталғаннан кейін Аврораның болжамды өнімділігі 2 EFlops-тан асуы мүмкін. Intel жасаған Aurora суперкомпьютері HPE Cray EX архитектурасына негізделген - Intel Exascale Compute Blade, Intel Xeon CPU Max Series процессорларын және Intel Data Center GPU Max Series үдеткіштерін пайдаланады. Frontier жүйесіндегі сияқты, деректерді тасымалдауға HPE Slinghot-11 желісі жауап береді.
Үшінші ең тиімді суперкомпьютер - Eagle деп аталатын бұлтқа негізделген жаңа жүйе Microsoft АҚШ-тағы Azure. Бұл технологиялық қызығушылық, өйткені Eagle бұлтты суперкомпьютер және Top500 рейтингіндегі үшінші орын бұлтты жүйе қол жеткізген ең жоғары көрсеткіш болып табылады. Microsoft Eagle 561,2 PFlops HPL өнімділігімен мақтана алады, есептеуіш жүрегі Intel Xeon Platinum 8480C процессорлары мен үдеткіштері болып табылады. NVIDIA ХХНУМХ
Бұл жерде өнімділігі Frontier-тен үш есе аз болатын жапондық Фугаку суперкомпьютерін және бұрынғы ең өнімді суперкомпьютерлердің бірі - LUMI-ді атап өткен жөн. Қытайлар әлі де қуатты бірдеңе салып жатқанымен, оның бәрі болашақта.
Сондай-ақ қызықты: 2024 жылға арналған технологиялық болжамдар: не күтуге болады?
Неліктен бізге сонша есептеу қуаты қажет?
Сіз жер бетіндегі ең жылдам машиналардың тиімділігіне таңдануыңыз мүмкін, бірақ олардың өнімділігі рекордтарды бұзу емес, ең қысқа мерзімде қажетті есептеу нәтижелерін алу болып табылады. Ешбір суперкомпьютер пайдаланушысы бұл құрылғыны электрондық поштаны жазу немесе презентация дайындау үшін пайдаланбайды. Үйіміздегі құрылғыларда орындай алатын тапсырмаларды орындау үшін мұндай машиналарды пайдалану қорқынышты ысырап болар еді. Өйткені, суперкомпьютерлердің есептеу әлеуеті қарапайым компьютерлерде жоқ әрекеттерді орындауға мүмкіндік береді.
Біз қандай тапсырмалар туралы айтып отырмыз? Ең алдымен, нақты пайда әкелетіндер туралы, және бұл бірден ақшаға айналдыруға болатын нәрселер емес. Еске сала кетейік, Frontier суперкомпьютерін жасауға небәрі 600 миллион АҚШ доллары ғана жұмсалған. Әрине, оны пайдалану және ағымдағы жөндеу шығындары да айтарлықтай. Суперкомпьютер 680 шаршы метр аумақты алып жатыр және 21 МВт электр энергиясын тұтынады.
Frontier, басқа суперкомпьютерлер сияқты, климатты модельдеу, адамзат үшін өмірлік маңызды жаңа дәрі-дәрмектерді зерттеу және өндіру, жаңа материалдық технологияларды зерттеу және т.б. сияқты міндеттер үшін қолданылады. Әрине, жабдықтың бұл түрімен орындалатын міндеттер ауқымы әлдеқайда кең және мысалы, әртүрлі типтегі үлкен деректер жиынтығын талдауды қамтиды: қаржылық, медициналық, спутниктік суреттер, физикалық құбылыстарды модельдеу және көптеген басқалар. Frontier - бұл ең бірінші суперкомпьютер болуы оған басқа суперкомпьютерлерде де қиын болатын тапсырмаларды орындауға мүмкіндік береді.
Мысал ретінде термоядролық реактордың бүкіл өмірлік циклін модельдеу болуы мүмкін. Иә, бұл қате емес. Әлемде әлі бірде-бір термоядролық электр станциясы жоқ, бірақ Frontier компаниясының қуатты экса масштабты есептеу қуаты гипотетикалық синтез реакторының әрекетін модельдеуге және мұндай реактордағы плазманың әрекетін болжауға мүмкіндік береді. Әрине, термоядролық энергия коммерцияланбайынша, оның пайдасы туралы ойлау қиын, бірақ әлемде термоядролық энергияны құру мен дамытуға үлес қосатын және бүкіл адамзатты энергия тапшылығынан құтқаратын есептеуіш қуаттың кез келген құны бар екеніне ешкім күмән келтірмейді. инвестиция.
Сондай-ақ оқыңыз: Барлығы туралы Microsoft Копилот: болашақ па, әлде бұрыс жол ма?
Суперкомпьютер және медицина
Суперкомпьютерлерді қолданудың бірі химиялық заттар мен органикалық қосылыстардың құрылымына байланысты күрделі және энергияны көп қажет ететін есептеулер болып табылады. Берілген қосылыстың мінез-құлқын өте дәл деңгейде имитациялау мүмкіндігінің арқасында мүмкін болатын жеке заттардың мінез-құлқын мұқият талдау жаңа, тиімдірек препараттарды жасауға мүмкіндік беретін құрал болып табылады.
2020 жылы, Frontier суперкомпьютері іске қосылмай тұрып, Oak Ridge ұлттық зертханасының ғалымдары сол кезде Summit суперкомпьютері болған (бұл машина 2018 жылы ең тиімді суперкомпьютер болды, ол әлі де қолданыста және тиімділігімен 7-ші орынға ие болды) 148,8 PFlops) оны қатерлі ісік препаратының жаңа түрін жасау үшін пайдаланды. Жаңа препарат бұрын қолданылған құралдарға қарағанда емдеуде тиімдірек, шамамен 10% жақсы болды. Әрине, 10% соншалықты көп емес, бірақ сол «шағын» айырмашылықтың арқасында өмірін сақтап қалған науқастарға айтыңыз. Адам өмірі, әрине, баға жетпес, бірақ тиімділігі жоғары кез келген дәрі денсаулық сақтау жүйесі үшін орасан зор ресурстарды үнемдей алады және емдеу шығындарын азайтады. Бұл жерде Frontier пайдалы болады. Оның мүмкіндіктері сол Summit суперкомпьютерінен әлдеқайда жоғары.
Сондай-ақ оқыңыз:
- Apple Vision Pro - iPhone-дан кейінгі ең революциялық құрылғы. Бірақ бір нюанс бар ©
- Ауыстыру Apple M2 процессоры бар MacBook Air: шолу және менің әсерлерім
Шекара және жаңа климат үлгісі
Климатты модельдеу Жердің мыңжылдық тарихының моделін талдауды және негіздеуді талап етеді. Әрине, бұл үлкен көлемдегі есептеуіш ресурстарды қажет ететін тапсырма. Біз климаттың өзгеруін неғұрлым дәл модельдеп, ұзақ мерзімді перспективада не болатынын болжай алсақ, бізге соғұрлым жылдам әрі қуатты суперкомпьютерлер қажет.
Сандия ұлттық зертханасының қызметкері Марк Тейлор, әлемдегі алғашқы ұзақ мерзімді климаттық болжамдармен жұмыс істейтін зерттеушілердің бірі, бір рет: «Frontier суперкомпьютерінің бірегей есептеуіш архитектурасы біз бұрын жасай алмаған нәрселерді жасауға мүмкіндік береді». Яғни, бұл машинаның есептеу қуаты бұрын жылдарға созылатын есептеуді бірнеше күнге дейін қысқартады. Сонымен бірге, ол зерттеушілерге климаттың өзгеруінің және экстремалды ауа райы жағдайларының ұзақ мерзімді салдары туралы егжей-тегжейлі бағалауды алуға мүмкіндік береді. «Бұл климатты модельдеудің жаңа алтын стандарты», - деп толықтырды Тейлор.
Қандай пайдасы бар? Олар жай ғана үлкен. Ауа-райының апатты өзгерістерін болжау мүмкіндігі ондаған мың, мүмкін тіпті миллиондаған адамдардың өмірін сақтап қалуы мүмкін. Ал климаттың жылынуының жаһандық және аймақтық су айналымына ықтимал әсерін талдау болашақ өзгерістерге алдын ала дайындалуға мүмкіндік береді. Қазіргі заманғы кеңістіктік модельдер бар, бірақ олар өте есептеуді талап етеді. Соңғы уақытқа дейін тым талапшыл. Иә, олар ауа-райы немесе климат деп атайтын нәрсені құрайтын әртүрлі элементтер арасындағы күрделі өзара әрекеттесуді теориялық түрде болжауға мүмкіндік береді, мысалы, бұлттардың пайда болуымен бірге жүретін конвективтік қозғалыс, бірақ ол жерде ақпараттың үлкен ағынын өңдеу қажет. және керемет күрделіліктегі есептеулерді жасаңыз.
Frontier суперкомпьютерінің болуы мұны өзгертті. Energy Exascale Earth System моделі (E3SM) жобасы жаңа бағдарламалық қамтамасыз ету тәсілдерін ауқымды exascale өнімділігімен біріктіру арқылы осы кедергілерді еңсереді. Сарат Срипати, зерттеудің бірлескен авторы және E3SM жобасының үйлестірушісі және SCREAM деп аталатын E3SM атмосфера үлгісінің бірлескен авторы: “Климатты модельдеу қауымдастығы ондаған жылдарға созылатын болжамдарды жеңілдету үшін километрлік модельдерді жылдам іске қосуды көптен армандаған және қазір бұл шындық »..
Басқаша айтқанда, Шекарасыз мұндай жоба деректерді өңдеу көлемдерінің болмауына байланысты сәтсіздікке ұшырайды. Дегенмен, негізгі есептеу қуаты ғана емес, сонымен қатар модельдердің өзін оңтайландыру маңызды екенін атап өткен жөн. Питер Колдуэлл, Лоуренс Ливермор ұлттық зертханасының климатологы және оның командасы соңғы бес жылда нөлден бастап жаңа бұлт моделін құруға жұмсады. Ол қазіргі заманғы суперкомпьютерлердің есептеу қуатының өте маңызды құрамдас бөлігі болып табылатын графикалық процессорларда (GPU) тиімді жұмыс істейтін болады. Мұнда өз класындағы ең қызықты көлікті де қосуға болады.
Елестетіңіз. Кодты графикалық процессорларда жұмыс істеуге бейімдеу өнімділіктің айтарлықтай өсуіне әкелді. SCREAM бір 8192 сағаттық есептеу сеансында әдетте бір жылдан астам уақытты (дәлірек айтсақ 1,25 жыл) алатын жаһандық бұлт түзілімдерін имитациялау үшін 24 30 шекаралық түйінде жұмыс істей алады. 40-XNUMX жылға созылатын ұзақ мерзімді модельдеуді Шекарада бірнеше апта ішінде жасауға болады. Зерттеушілер бұрын мұндай есептеулерді жүргізу мүмкін емес екенін атап өтті. Бұл зерттеулер туралы көбірек білгісі келетін адамдар біле алады жаңа ғылыми басылыммен танысу Марк Тейлор және оның командасы.
Сондай-ақ қызықты:
- АҚШ армиясы Аяз атаны қалай бақылайды
- Сатуға тыйым салу Apple АҚШ-та қараңыз: істің барлық мәліметтері
- Қарау Lenovo Yoga Book 9i: екі дисплейі бар конверттелетін ноутбук
Шекаралық және материалдық технологиялар
Frontier суперкомпьютерінің ауқымды мүмкіндіктерін пайдаланатын қызықты жобалардың бірі - материалдар технологиясы саласындағы жұмыс. Бұл қорытпаның ең үлкен есептеу модельдеулерінің бірі, ол өзінің есептеу тиімділігінің арқасында кванттық деңгейге жақын дәлдікке қол жеткізуге мүмкіндік берді. Мичиган университетінің қызметкері Викрам Гавини жүргізген бұл зерттеу әртүрлі материалдардың әрекетін модельдеу үшін Шредингер теңдеуін қолдануымен инновациялық болып табылады. Фронтиердің үлкен есептеу қуаты 75 000 атомнан тұратын магний қорытпасының жүйесін имитациялауға мүмкіндік берді.
Магний қорытпалары өте қызықты материал. Ол өте жеңіл және сонымен бірге күшті. Дегенмен, магний қорытпалары белгілі бір ақауларға, негізінен дислокацияларға (яғни материалдың кристалдық құрылымындағы массивтік ақауларға) сезімтал, олар механикалық қасиеттерін күрт өзгертеді. Бұл келешегі бар материалды жарамсыз металдың бір бөлігіне айналдырады, өйткені ол оңай жарылып кетеді, сынғыш және тұрақсыз. Ғалымдар Frontier компаниясының есептеу қуатының көмегімен магний қорытпаларындағы осы ақаулардың кейбірін түзете алды. Бірақ бұл ауыр жұмыстың басы ғана.
Сондай-ақ қызықты:
- Нейрондық желілер дегеніміз не және олар қалай жұмыс істейді?
- Кванттық компьютерлер туралы қарапайым сөздермен
Суперкомпьютерлердің болашағы?
Кәдімгі компьютерлер кейбір ғылыми-техникалық мәселелердің бізге қоятын міндеттерін шеше алмайды. Суперкомпьютерлердің есептеу қабілеті әлдеқайда жоғары, бұл оларға қарапайым компьютерлерде мүмкін емес немесе тым көп уақытты қажет ететін есептеулерді орындауға мүмкіндік береді. Ғалымдар суперкомпьютерлерді жасай отырып, біздің біліміміз бен мүмкіндіктеріміздің шекарасын кеңейтуге, сондай-ақ болашағымызға үлкен нақты әсер ететін мәселелерді шешуге ұмтылады.
Мур заңы компьютерлердің қуаты экспоненциалды түрде өсетінін айтады. Әр екі жыл сайын есептеулер жылдамдығы екі есе артады, инженерлер мен ғалымдар бұрын мүмкін емес деп саналатын мәселелердің шешімін таба алады.
Бір күні суперкомпьютерлер кәдімгі нәрсеге айналады. Өйткені, небәрі он жыл бұрын виртуалды шындық, бұлтты ойындар және метаәлем сияқты ұғымдар тек бірнеше техно-сарапшылар мен гейктердің қиялында болған және бүгінде бұл біздің шындық. Болашақ ұрпаққа суперкомпьютерлердің артықшылығын пайдалану үшін IT-білім алудың және Google-да жұмысқа тұрудың қажеті жоқ: олар смартфондар, ноутбуктер және басқа заттар сияқты тыныш және сезілмейтін түрде күнделікті өмірдің бір бөлігіне айналады.
Сондай-ақ оқыңыз: