Он барои чӣ истифода мешавад? Қӯшунҳои, пуриқтидортарин ва тезтарин суперкомпютери ҷаҳон, ки дар лабораторияи миллии Oak Ridge кор мекунад? Аз моделсозии реакторҳо то пешгӯии иқлим.
Ин савол мазмуни васеътар дорад. Аз ман бисёр вақт мепурсанд, ки чаро мо умуман чунин мошинҳои пурқувват месозем, агар ҳар яки мо компютер дошта бошем? Албатта, суперкомпютерҳо мошинҳои хеле гаронбаҳоянд, ки миқдори зиёди энергияро истеъмол мекунанд, аммо он чизе, ки мо аз онҳо мегирем, хеле арзишмандтар аст. Имрӯз ман кӯшиш мекунам, ки онро бо мисоли суперкомпьютери Frontier шарҳ диҳам.
Инчунин ҷолиб: Таърихи OpenAI: Он чӣ буд ва барои ширкат чӣ интизор аст
Чаро ба мо суперкомпютерҳо лозиманд?
Хулоса, суперкомпьютерҳо метавонанд ҷараёнҳои бузурги иттилоотро коркард кунанд. Ҷаҳони мо хеле зуд тағйир меёбад, инсоният як пойгоҳи бузургеро ба вуҷуд овард, ки бояд коркард, таҳлил, гурӯҳбандӣ, захира карда шавад. Ин ба мо, масалан, барои гирифтани дорухои нав, арзонтар ва самараноктар, масолехи устувортар, пешгуии тагйирёбии иклим дар давоми дахсолахо ва гайра ёрй мерасонад. Суперкомпютерҳо ба мо имкон медиҳанд, ки рафтори объектҳоеро, ки мо сохтанӣ ҳастем, ба монанди реакторҳои термоядроӣ моделсозӣ кунем. Ва инҳо танҳо чанд намунаи татбиқи суперкомпютерҳои тезтарин мебошанд. Бале, истеҳсол ва нигоҳдории онҳо хеле гарон аст, аммо онҳо меарзад.
Аммо биёед бо асосҳо оғоз кунем. Ба ҳар ҳол суперкомпютер чист? То ҳол таърифи дақиқи ин вуҷуд надорад. Бо вуҷуди ин, хусусияти хоси ҳар як суперкомпютери ҳозира қобилияти ҳисоббарории хеле баланд аст. Таърифи соддакардашударо дар Интернет пайдо кардан мумкин аст, ки мувофиқи он суперкомпьютер мошинест, ки метавонад ҳадди аққал 1 терафлоп қобилияти ҳисоббарориро ба даст орад, яъне 1012 (триллион) амалиёти нуқтаи шинокунанда дар як сония. Ин дар муқоиса бо компютерҳои оддии хонагӣ хеле зиёд аст.
Агар пештар суръати кори компютерҳо бо IPS (дастурҳо дар як сония) чен карда мешуд, пас барои суперкомпьютерҳо як воҳиди нав - FLOPS, яъне амалиёти шинокунандаи нуқтаи шинокунанда дар як сония ихтироъ карда мешуд. Чӣ қадаре ки ин рақам зиёд бошад, компютер ҳамон қадар тавонотар аст.
Албатта, равише, ки ба ҳадди муайяни ҳисоббарорӣ асос ёфтааст, хеле зуд кӯҳна мешавад, зеро кори протсессорҳое, ки ядрои ин мошинҳо мебошанд, пайваста инкишоф меёбанд ва меафзояд. Бо ҳар як баровардани протсессорҳои нав, ҳосилнокии компютерҳои муосир низ меафзояд. Аммо сохтани онхо хеле душвор ва аз чихати молиявй гарон аст.
Ҳамчунин хонед: Лоиҳаи майнаи инсон: Кӯшиши тақлид ба майнаи инсон
Кадом суперкомпютерҳо зудтаринанд?
Мо дар ин бора маълумоти охирин дорем. Моҳи ноябри соли 2023 вебсайти Top500.org, ки мунтазам рейтинги кори пуриқтидортарин компютерҳои рӯи заминро дар тӯли солҳои зиёд нашр мекунад, нашри охирини 62-уми рейтинги Top500-ро нашр кард, ки 500 суперкомпютери пурсамартаринро дар айни замон муаррифӣ мекунад. .
Системаи Frontier то ҳол суперкомпютери пурқувваттарин дар сайёра мебошад. Ин суперкомпьютер аввалин системаи ҳисоббарории экзаскалӣ дар ҷаҳон аст, яъне суръати он аз 1 эксафлопс гузашт. Худи Frontier дар Лабораторияи Миллӣ, ки дар Оук Риҷ, Теннесси, ИМА ҷойгир аст, ҷойгир аст. Ин суперкомпьютер пешвои кунунӣ бо холҳои HPL (High Performance LINPACK - санҷиши махсусе мебошад, ки фаъолияти хоми суперкомпьютерҳоро баҳо медиҳад) дар 1193 EFlops (эксафлоп як квинтиллион ё 10 мебошад)18 ҳисобҳои нуқтаи шинокунанда дар як сония).
Барои муқоиса: суръати чипи пурқувваттарин Apple M1 Ultra тақрибан 21 терафлоп (як триллион FLOPS) аст. Ракам хеле калон аст, ин факт аст. Тааҷҷубовар аст, ки ҳанӯз дар соли 2002 компютере вуҷуд дошт, ки суръати боз ҳам зиёдтарро таҳия мекард - ин суперкомпютери Earth Simulator аз бузурги технологияи Ҷопон NEC Corporation мебошад. Суръати он тақрибан 36 терафлоп буд!
Frontier протсессори AMD EPYC 64C 2 ГГцро истифода мебарад ва ба меъмории навтарини HPE Cray EX235a асос ёфтааст. Он аз 9408 протсессори AMD EPYC ва 37632 суръатбахши AMD Instinct MI250x ҷамъ оварда шудааст. Дар маҷмӯъ, система дорои 8 протсессор ва ядрои графикӣ мебошад. Илова бар ин, Frontier дорои самаранокии таъсирбахши қудрати 699 GFlops / ватт аст ва шабакаи HPE Slingshot 904-ро барои интиқоли маълумот истифода мебарад. Ҳамин тавр, дар давоми санҷишҳо он метавонад то 52,59 экзафлоп истеҳсол кунад. Натиҷаи баландтарин ба рекорди 11 эксафлоп расид. Арзиши дастгоҳ 1,1 миллион доллар арзёбӣ мешавад.
Ин аввалин ва то ҳол ягона суперкомпьютер дар ҷаҳон аст, ки дар реҷаи flops кор мекунад. Frontier як сол пеш пешсаф шуд, аммо ба касе имкон надод, ки ҳатто ба мавқеи худ дар рейтинги моҳи июни соли 2023 таҷовуз кунад. Ва то ба ҳол, дар оғози соли 2024, суперкомпютери амрикоӣ сермахсултарин дар ҷаҳон аст.
Аммо олимон аллакай пешниҳод мекунанд, ки шояд пас аз чанд вақт ӯ бояд бартарии як мошини дигари амрикоӣ: суперкомпьютери Аврораро эътироф кунад.
Тибқи рейтинги охирин, суперкомпютери нави Aurora бо чипҳои Intel Sapphire Rapids, ки дар муассисаи ҳисоббарории Argonne Leadership дар Иллинойс, ИМА кор мекунад, бо нишондиҳандаи HPL 585,34 PFlops дар ҷои дуюм аст. Ҳарчанд ин ҳамагӣ нисфи кори суперкомпьютери флагмани Frontier аст, системаи Аврора ҳанӯз ба анҷом нарасидааст ва танҳо нисфи системаи ниҳоии пешбинишуда дар ҳоли ҳозир кор мекунад. Пас аз анҷомёбӣ, иҷрои пешбинишудаи Аврора эҳтимол аз 2 EFlops зиёд мешавад. Суперкомпютери Aurora, ки аз ҷониби Intel сохта шудааст, ба меъмории HPE Cray EX асос ёфтааст - Intel Exascale Compute Blade, протсессори Intel Xeon CPU Max Series ва суръатбахшии Intel Data Center GPU Max Series -ро истифода мебарад. Тавре ки дар Frontier, шабакаи HPE Slinghot-11 барои интиқоли маълумот масъул аст.
Сеюмин суперкомпютери самараноктарин системаи нави абрӣ бо номи Eagle мебошад Microsoft Azure дар ИМА. Ин як навъ кунҷковии технологӣ аст, зеро Eagle як суперкомпьютери абрӣ аст ва мавқеи сеюм дар рейтинги Top500 баландтарин аст, ки системаи абрӣ ба даст овардааст. Microsoft Eagle дорои иҷрои HPL-и 561,2 PFlops мебошад, қалби компютерӣ протсессори Intel Xeon Platinum 8480C ва суръатбахш аст. NVIDIA Ҳ100.
Дар ин чо суперкомпютери японии Фугакуро зикр кардан лозим аст, ки махсулаш аз Frontier беш аз се маротиба камтар ва яке аз суперкомпьютерхои пурмахсул дар гузашта - LUMI мебошад. Гарчанде ки чиниҳо то ҳол чизи тавоно сохта истодаанд, ҳамааш дар оянда аст.
Инчунин ҷолиб: Пешгӯиҳои технологӣ барои соли 2024: чиро интизор шудан мумкин аст?
Чаро ба мо ин қадар қудрати ҳисоббарорӣ лозим аст?
Шумо метавонед ба самаранокии мошинҳои тезтарини рӯи замин ҳайрон шавед, аммо коре, ки онҳо ба даст меоранд, на дар бораи шикастани рекордҳо, балки дар бораи дар муддати кӯтоҳтарин ба даст овардани натиҷаҳои дилхоҳи ҳисобкунӣ мебошад. Ҳеҷ як корбари суперкомпьютер ин мошинро барои навиштани почтаи электронӣ ё омода кардани презентатсия истифода намекунад. Истифодаи чунин мошинҳо барои иҷрои вазифаҳое, ки мо дар дастгоҳҳои хонаамон иҷро карда метавонем, як партови даҳшатнок мебуд. Дар ниҳоят, потенсиали ҳисоббарории суперкомпьютерҳо ба шумо имкон медиҳад, ки амалҳоеро иҷро кунед, ки дар компютерҳои оддӣ мавҷуд нестанд.
Мо дар бораи кадом вазифаҳо гап мезанем? Пеш аз ҳама, дар бораи онҳое, ки метавонанд фоидаи воқеӣ оваранд ва инҳо ҳатман онҳое нестанд, ки фавран ба пул табдил дода шаванд. Ёдовар мешавем, ки барои бунёди суперкомпьютери Frontier ҳамагӣ тақрибан 600 миллион доллари амрикоӣ сарф шудааст. Албатта, истифодаи он ва хароҷоти нигоҳдории доимӣ низ назаррас аст. Суперкомпютер майдони 680 метри мураббаъро ишғол мекунад ва 21 МВт нерӯи барқро сарф мекунад.
Frontier, ба монанди дигар суперкомпьютерҳо, аз ҷумла барои чунин вазифаҳо, аз қабили моделсозии иқлим, тадқиқот ва истеҳсоли доруҳои нав барои инсоният, тадқиқот дар технологияҳои нави моддӣ ва ғайра истифода мешавад. Албатта, доираи вазифаҳое, ки ин намуди таҷҳизот иҷро мекунанд, хеле васеътар аст ва масалан, таҳлили маҷмӯи бузурги маълумотҳои намудҳои гуногун: тасвирҳои молиявӣ, тиббӣ, моҳвораӣ, моделсозии падидаҳои физикӣ ва бисёр чизҳои дигарро дар бар мегирад. Далели он, ки Frontier аввалин суперкомпютери барҷаста аст, ба он имкон медиҳад, ки вазифаҳоеро иҷро кунад, ки ҳатто дар дигар суперкомпютерҳо душвор хоҳанд буд.
Моделсозии тамоми давраи хаёти реактори термоядрой мисол шуда метавонад. Бале, ин хато нест. Дар ҷаҳон то ҳол як нерӯгоҳи барқии синтез вуҷуд надорад, аммо қудрати пурқуввати ҳисоббарории Frontier имкон медиҳад, ки рафтори реактори синтези гипотетикӣ тақлид карда шавад ва рафтори плазма дар чунин реактор пешгӯӣ карда шавад. Албатта, то он даме, ки энергияи термоядрой ба тиҷорат табдил наёбад, дар бораи фоидаҳо фикр кардан душвор аст, аммо ҳеҷ кас дар ҷаҳон шубҳа надорад, ки қудрати ҳисоббарорие, ки ба бунёд ва рушди энергияи термоядроӣ мусоидат мекунад ва тамоми инсониятро аз норасоии энергия наҷот медиҳад. сармоягузорӣ.
Ҳамчунин хонед: Ҳама дар бораи Microsoft Пилот: оянда ё роҳи нодуруст?
Суперкомпьютерҳо ва тиб
Яке аз барномаҳои суперкомпьютерҳо ҳисобҳои мураккаб ва энергияталаби марбут ба сохтори кимиёвӣ ва пайвастагиҳои органикӣ мебошад. Тахлили бодиккати рафтори моддахои алохида, ки ба туфайли кобилияти ба дарачаи хеле дакик тақлид кардани рафтори пайвастагиҳои додашуда имконпазир аст, воситаест, ки имкон медиҳад, ки доруҳои нави самараноктар таҳия карда шаванд.
Ҳанӯз дар соли 2020, пеш аз ба кор андохтани суперкомпьютери Frontier, олимони Лабораторияи Миллии Оук Риҷ, ки он вақт суперкомпютери Summit дошт (ин мошин суперкомпютери самараноктарин дар соли 2018 буд, ҳоло ҳам истифода мешавад ва дар ҷои 7-ум бо самаранокии 148,8 PFlops) онро барои таҳияи як навъи нави доруи саратон истифода бурд. Доруи нав назар ба воситаҳои қаблан истифодашуда тақрибан 10% беҳтар, дар табобат самараноктар буд. Албатта, 10% он қадар зиёд нест, аммо инро ба бемороне бигӯед, ки ба шарофати ин фарқияти "хурд" ҷони худро наҷот дода тавонистанд. Ҳаёти инсон, албатта, бебаҳо аст, аммо ҳар як доруи дорои самаранокии баландтар метавонад захираҳои бузурги системаи тандурустиро сарфа кунад ва хароҷоти табобатро кам кунад. Дар ин ҷо Frontier метавонад муфид бошад. Имкониятҳои он нисбат ба ҳамон суперкомпютери Summit хеле баландтаранд.
Ҳамчунин хонед:
- Apple Vision Pro инқилобтарин дастгоҳи пас аз iPhone мебошад. Аммо як нозукии © вучуд дорад
- Гузариш ба Apple MacBook Air бо протсессори M2: барраси ва таассуроти ман
Сарҳад ва модели нави иқлим
Моделсозии иклим тахлил ва асосноккунии модели таърихи хазорсолаи Заминро талаб мекунад. Албатта, ин вазифаест, ки миқдори зиёди захираҳои компютериро талаб мекунад. Чӣ қадаре ки мо тағирёбии иқлимро дақиқтар модел карда тавонем ва дар оянда чӣ рӯй хоҳад дод, ҳамон қадар суперкомпютерҳои тезтар ва тавонотар ба мо лозиманд.
Марк Тейлор аз Лабораторияи Миллии Сандиа, яке аз пажӯҳишгароне, ки дар рӯи нахустин пешгӯиҳои дарозмуддати иқлим дар ҷаҳон бо истифода аз ҳисоббарории афзоишёбанда кор мекунад, боре қайд кард: "Архитектураи беназири ҳисоббарории суперкомпютери Frontier корҳоеро фароҳам меорад, ки мо қаблан карда наметавонистем." Яъне, қудрати ҳисоббарории ин мошин ҳисобу китоберо, ки солҳои тӯлонӣ то чанд рӯз тӯл мекашид, коҳиш медиҳад. Дар баробари ин, он ба муҳаққиқон имкон медиҳад, ки дар бораи оқибатҳои дарозмуддати тағирёбии иқлим ва шароити шадиди обу ҳаво тахминҳои муфассал гиранд. "Ин стандарти нави тиллоӣ барои моделсозии иқлим аст" илова мекунад Тейлор.
Манфиатҳо чист? Онҳо танҳо бузурганд. Қобилияти пешгӯии тағироти фалокатбори обу ҳаво метавонад даҳҳо ҳазор ва шояд ҳатто миллионҳо одамонро наҷот диҳад. Ва таҳлили таъсири эҳтимолии гармшавии иқлим ба давраҳои обҳои глобалӣ ва минтақавӣ ба мо имкон медиҳад, ки ба тағйироти оянда пешакӣ омода шавем. Моделҳои муосири фазоӣ вуҷуд доранд, аммо онҳо аз ҷиҳати ҳисоббарорӣ хеле серталабанд. То вактхои охир хеле серталаб. Бале, онҳо ба мо имкон медиҳанд, ки мутақобилаи мураккаби байни унсурҳои гуногунеро, ки мо обу ҳаво ё иқлим меномем, аз ҷиҳати назариявӣ пешгӯӣ кунем, масалан, ҳаракати конвективӣ, ки бо пайдоиши абрҳо ҳамроҳӣ мекунад, аммо дар он ҷо ҷараёни бузурги иттилоотро коркард кардан лозим аст. ва ҳисобҳои мураккабии бениҳоят.
Мавҷудияти суперкомпьютери Frontier аллакай инро тағйир дод. Лоиҳаи Модели Системаи Заминии Energy Exascale (E3SM) ин монеаҳоро тавассути омезиши равишҳои нави нармафзор бо иҷрои азими exascale бартараф мекунад. Сарат Срипати, ҳаммуаллифи таҳқиқот ва ҳамоҳангсози лоиҳаи E3SM ва ҳаммуаллифи модели атмосфераи E3SM бо номи SCREAM, шарҳ медиҳад: "Ҷомеаи моделсозии иқлим муддати тӯлонӣ орзу дошт, ки моделҳои миқёси километрро ба қадри кофӣ зуд иҷро кунад, то пешгӯиҳои даҳсоларо осон кунад ва ҳоло ин воқеият аст.".
Ба ибораи дигар, чунин лоиҳа бидуни сарҳад танҳо аз сабаби набудани ҳаҷми коркарди маълумот ноком мешавад. Бо вуҷуди ин, бояд қайд кард, ки на танҳо қудрати асосии ҳисоббарорӣ, балки оптимизатсияи худи моделҳо низ муҳим аст. Питер Колдуэлл, иқлимшиноси Лабораторияи Миллии Лоуренс Ливермор ва дастаи ӯ панҷ соли охирро аз сифр сохтани модели нави абрӣ сарф карданд. Он дар протсессори графикӣ (GPU), ки имрӯз ҷузъи хеле муҳими қудрати ҳисоббарории суперкомпьютерҳои муосир мебошанд, самаранок кор хоҳад кард. Мошини ҷолиб дар синфи худ низ метавонад ба ин ҷо дохил карда шавад.
Тасаввур кунед. Мутобиқсозии код барои кор дар GPUs боиси афзоиши назарраси кор гардид. SCREAM метавонад дар 8192 гиреҳи Frontier кор кунад, то шаклҳои абрии ҷаҳониро тақлид кунад, ки одатан дар як сессияи компютерии 1,25-соата бештар аз як сол (дақиқтараш 24 сол) тӯл мекашид. Моделҳои дарозмуддати 30-40 солро дар тӯли чанд ҳафта дар Frontier анҷом додан мумкин аст. Муҳаққиқон қайд мекунанд, ки қаблан анҷом додани чунин ҳисобҳо қариб ғайриимкон буд. Одамоне, ки ба маълумоти бештар дар бораи ин омӯзишҳо таваҷҷӯҳ доранд, метавонанд бо нашри нави илмй шинос шаванд Марк Тейлор ва дастаи ӯ.
Инчунин ҷолиб:
- Чӣ тавр артиши ИМА Бобои Барфӣ пайгирӣ мекунад
- Манъи фурӯш Apple Дар ИМА тамошо кунед: Ҳама тафсилоти парванда
- Барраси Lenovo Yoga Book 9i: ноутбуки конвертатсияшаванда бо ду дисплей
Технологияҳои сарҳадӣ ва моддӣ
Як лоиҳаи ҷолибе, ки аз потенсиали бузурги суперкомпьютери Frontier истифода мебарад, кор дар соҳаи технологияи мавод мебошад. Ин яке аз калонтарин моделиронии ҳисоббарории хӯла мебошад, ки ба шарофати самаранокии ҳисоббарории худ имкон дод, ки дақиқии тақрибан дар сатҳи квантӣ ба даст ояд. Ин пажӯҳиш, ки Викрам Гавини аз Донишгоҳи Мичиган анҷом додааст, навоварона аст, ки он муодилаи Шредингерро барои моделсозии рафтори маводҳои гуногун истифода мебарад. Қувваи азими ҳисоббарории Frontier ба он имкон дод, ки системаи хӯлаи магнийро, ки аз 75 000 атом иборат аст, тақлид кунад.
Хӯлаҳои магний як маводи хеле ҷолиб мебошанд. Вай хеле сабук ва дар айни замон мустахкам аст. Аммо, хӯлаҳои магний ба баъзе нуқсонҳо, асосан дислокатсияҳо (яъне нуқсонҳои азими сохтори булӯрии мавод), ки хосиятҳои механикии онҳоро ба таври назаррас тағйир медиҳанд, ҳассос мебошанд. Ин материали ояндадорро ба пораи металли корношоям табдил медихад, зеро он ба осонй мешиканад, шикаста ва ноустувор аст. Ба олимон бо ёрии кувваи хисоббарории Frontier муяссар гардид, ки баъзе аз ин нуксонхои хӯлаҳои магнийро ислоҳ кунанд. Аммо ин факат ибтидои кори пурчушу хуруш аст.
Инчунин ҷолиб:
Ояндаи суперкомпютерҳо?
Компютерхои мукаррарй вазифахоеро, ки баъзе проблемахои илмию техникй дар назди мо мегузоранд, хал карда наметавонанд. Суперкомпютерҳо қудрати бештари ҳисоббарорӣ доранд, ки ба онҳо имкон медиҳанд, ки ҳисобҳоеро анҷом диҳанд, ки дар компютерҳои оддӣ ғайриимкон бошанд ё вақти аз ҳад зиёдро талаб кунанд. Бо эҷод кардани суперкомпьютерҳо, олимон кӯшиш мекунанд, ки ҳудуди дониш ва қобилиятҳои моро васеъ кунанд ва инчунин мушкилотеро ҳал кунанд, ки метавонанд ба ояндаи мо таъсири бузурги воқеӣ расонанд.
Қонуни Мур мегӯяд, ки қудрати компютерҳо ба таври экспоненсиалӣ меафзояд. Дар хар ду сол суръати хисобу китоб ду баробар меафзояд, инженерон ва олимон ба халли масъалахое, ки пештар имконнопазир хисоб мешуданд, муяссар мешаванд.
Як рӯз суперкомпютерҳо як чизи маъмулӣ мешаванд. Дар ниҳоят, ҳамагӣ даҳ сол пеш чунин мафҳумҳо ба монанди воқеияти виртуалӣ, бозиҳои абрӣ ва метаулам танҳо дар тасаввури чанд мутахассиси техно ва гекҳо вуҷуд доштанд ва имрӯз ин воқеияти мост. Насли оянда ҳатто маҷбур нест, ки маълумоти IT бигирад ва дар Google кор пайдо кунад, то аз суперкомпютерҳо истифода барад: онҳо оромона ва ба таври чашмрас ба як ҷузъи ҳаёти ҳаррӯза табдил меёбанд, мисли смартфонҳо, ноутбукҳо ва чизҳои дигар.
Ҳамчунин хонед: