Inte alla förstår varför vi behöver några dyra superdatorer. Kanske det är en show-off och slöseri med pengar? Låt oss försöka ta reda på det …
Ett nytt Top-500-betyg av världens starkaste superdatorer har publicerats. Den här gången tog den amerikanska bilen första plats och drev den kinesiska "kollegan". IBM har lanserat den mest kraftfulla superdatorn, toppmötet, på uppdrag av det amerikanska energidepartementets Oak Ridge National Laboratory. Prestandan för hans system uppskattades till 200 petaflops (200 quadrillion operationer per sekund). Medan Kina och USA kämpar för "medaljer", ryska bilar …
… är nöjda med bara en plats i de åttonde tio. Ilya Plekhanov berättar om datorloppet och de nya möjligheterna i världens största länder med sina kraftfulla maskiner.
Efter det vanliga Linpack-testet, som fångar en superdators driftsprestanda, var den verkliga indikatorn för det amerikanska toppmötet 122,3 petaflops, medan prestationen för den tidigare mästaren, Kinas Sunway TaihuLight, var 93 petaflops. Så USA återfick handflatan i de mest produktiva superdatorerna, som de förlorade mot Kina 2013.
Processor Summit.
Det nya amerikanska toppmötet består av 4 608 IBM AC922-servrar med två processorer baserade på 22-kärniga IBM Power9-processorer, var och en drivs av 6 NVIDIA Tesla V100 GPU: er. Interna anslutningar använder ett Mellanox dual-rail EDR InfiniBand-nätverk med 200 Gbps bandbredd per server. Superdatorn körs på operativsystemet Red Hat Enterprise Linux 7.4. MIT Technology Review rapporterar att toppmötet väger mer än en passagerarflygplan och har två tennisbanor.
Redan innan systemet slutfördes genomförde forskarna beräkningar mot genom, under vilka de registrerade toppmötets prestanda på 1,88 exaflops. Detta är första gången i historien som den 1 exaflops barriären har brutits, enligt Thomas Zachariah, chef för Oak Ridge National Laboratory. På vintern hotade Kina att lansera en dator med en prestanda på 1 exaflops i slutet av detta år, det vill säga en kvintillion (10 till 18: e makten) av operationer per sekund, medan USA tidigare avsatte 258 miljoner dollar för att skapa en superdator med en prestanda på mer än 1 exaflops fram till 2021. Utvecklingen, som tillkännagavs 2017, genomförs av sex amerikanska företag - Hewlett-Packard, IBM, Intel, NVIDIA, Cray och AMD.
Superdatorns ljud:
Kampanjvideo:
Symbolen för landets makt
Framväxten av en annan superdator är en typ av prestigefylld milstolpe och en indikator på vad ett land kan göra, har det resurser och färdigheter, en budget från hundratals miljoner dollar till över en miljard för att skapa en superdator, finns det energikapacitet för strömförsörjning, tekniska lösningar för värmeavlägsning, har de sina egna processorer, kvalificerad personal och så vidare. USA: s energisekreterare Rick Perry kommenterade toppmötet:
Det är frågan om nationell säkerhet som kan betraktas som nyckeln, eftersom Förenta staterna åtminstone är bekymrade över Kinas avsikt att bli ledande inom området konstgjord intelligens. När allt betyder detta användningen av AI i den militära sfären.
Den kinesiska Sunway TaihuLight, som kom på andra plats, var ett genombrott för Kina när hon skapade sin egen dator- och elementbas. Sunway TaihuLight-processorerna är baserade på den lokala ShenWei-arkitekturen som utvecklats av Shanghai State High Performance IC Design Center. Systemet för sammankoppling av noder mellan processorer, känt som Sunway Network, utvecklades också i Kina. Dessutom har Sunway TaihuLight sin egen implementering av parallellprogrammeringsprogramvaran, det Linux-baserade SunWay Raise OS 2.0.5 operativsystem. Det vill säga att Kina kunde övervinna sitt beroende av amerikanska element och de införda begränsningarna för utbudet av högteknologiska produkter sedan 2015.
Sunway TaihuLight.
I Ryssland, 2009, installerades Lomonosov superdatorn vid Moskva State University, som innehåller 6 654 datornoder, mer än 94 000 processorkärnor, och har en toppprestanda på 1,37 Pflops. Systemets verkliga prestanda vid Linpack-testet är 674 teraflops, vilket gjorde det möjligt att ta 13: e plats i listan över Top500 mest produktiva datorer i världen i juni 2011.
I mars 2018 tillkännagav Moskva statsuniversitetet att utvecklingen var avslutad och försöksoperationen hade påbörjats på en ny del av Lomonosov-2 superdatorn med en toppprestanda på 1,8 Pflops, vilket i framtiden kommer att göra det möjligt att komma nära 5 Pflops-gränsen. Det nya superdatoravsnittet är baserat på Intel Skylake multikärnprocessorer och NVidia Pascal P100 GPU: er med hårdvarusupport för det snabba NVLink-gränssnittet.
"Lomonosov".
I mars presenterade anställda vid Joint Institute for Nuclear Research i Dubna, Moskva-regionen, en ny Govorun-superdator, som kommer att användas för att bearbeta data från den framtida NICA tunga joncollideraren. Govoruns prestanda är 1 petaflops. Superdatorn är baserad på 72-kärniga Intel Xeon Phi 7290 och Intel Xeon Gold 6154-processorer.
Superdatorer visas i Ryssland, men inte med sådan prestanda att de ingår i Top500-klassificeringen. I januari i år sa Igor Chernykh, då fungerande chef för Center for Collective Use "Siberian Supercomputer Center" från ICM & MG SB RAS:
Enligt Oleg Gorbatsjov, chef för företagskommunikation för RSK-koncernen, kan situationen korrigeras med det nationella programmet:
Superdatoruppgifter
En superdator behövs för att kunna arbeta med en enorm mängd data och variabler - med information mätt i exabyter (10 till 18: e byte) och i yottabyte (10 till 24 byte). Och det handlar inte bara om volymer, utan också om hastighet. Exempelvis kommer beräkningar av meteorologiska förhållanden att vara meningslösa om de tar längre tid än början av ett visst väderfenomen.
"Talare".
En annan fråga är att svårigheter uppstår inte så mycket med antalet operationer per sekund, utan med utarbetandet av de algoritmer som kräver sådana hastigheter och ett sådant antal processorer. Det vill säga de tekniska kapaciteten förbättras, men de behöver också matematiska modeller, mjukvarufyllning - en förståelse för hur och vad man ska räkna.
Doktor i fysikaliska och matematiska vetenskaper, forskare vid institutet för tillämpad matematik M. V. Keldysh Andrey Kuleshov förklarar vad som är specifika för att använda superdatateknik:
Därför tror ryska forskare att Rysslands fördröjning efter Förenta staterna och Kina i petaflops inte är så hemskt. Nyckeln till effektiv användning av maskiner är en hög matematisk nivå och en klass av programvarespecialister i Ryssland.
Vad gör de nu
Till exempel ligger den spanska superdatorn MareNostrum (som de forntida hedniska romarna kallade Medelhavet) i lokalerna i det tidigare kristna kapellet i Torre Girona och används för beräkningar av genteknik, astrofysiker, för att skapa nya läkemedel och vid väderprognoser.
Men inte allt fokuserar endast på storskalig vetenskaplig forskning. Företaget använder också aktiva superdatorer. Till exempel använder Ford kraftfulla bilar i kraschtester, där bilar kraschar i ett hinder och massor av parametrar måste filmas, mätas och analyseras. Att använda en superdator kan minska antalet verkliga bilar kraschade och testa kostnaderna med en tredjedel och spara miljoner dollar.
Med hjälp av superdatorer har DuPont syntetiserat ett nytt material som är icke-brandfarligt, korrosionsbeständigt och lågtoxiskt. På en vecka genomfördes de nödvändiga beräkningarna på en superdator för vilken de totalt spenderade cirka 5 tusen dollar. Studien "det gammaldags sättet" skulle kosta minst 50 tusen $ och tre månaders arbete.
Simulering av ett krocktest av en superdator med hänsyn till skadorna på alla delar av bilen.
Sedan 1990 är partner till Wimbledon-turneringen inom teknikområdet det amerikanska företaget IBM, som förser arrangörerna av mästerskapet med superdatorn Watson. Med sin hjälp analyseras sociala nätverk för att identifiera positiva och negativa stämningar hos fans, ge kommentatorer alla jämförande data från arkiven och automatisera marknadsföring och PR på Internet.
Det franska företaget Total in oil exploration använder en superdator för att analysera information om undergrunden. Modellering låter dig inte ta till borrning när det råder tvivel om förekomsten av olja. I ett sådant fall sparade företaget cirka 80 miljoner dollar genom att överge borrningen.
När det gäller den nya amerikanska superdatorn kommer vissa projekt att ha tillgång till det i år för att modellera det subatomära beteendet hos material, identifiera faktorer som orsakar cancer och studera interaktionen mellan proteiner och cellulära system. Den viktigaste kunden under 2019 kommer att vara energidepartementet, som använder den för sin alternativa energidator. Toppmötet kommer också att användas i applikationer med artificiell intelligens under 2019.
Med hjälp av en rysk superdator, gruppen för fakulteten för mekanik och matematik vid Moskva statsuniversitetet och Institutet för tillämpad matematik vid den ryska vetenskapsakademin erhöll resultat om numerisk modellering av formningen och utvecklingen av spetsvorter i supersoniska lägen, seismiska data behandlades, för behov av RSC Energia, beräkningar gjordes av flödet runt en rymdfarkoster under bromsning jorden. Lomonosov löste också problemet med massa och värmeöverföring för en lovande kärnreaktor. I april undersökte forskare från fysik fakulteten i Moskva State University olika typer av polymerisationsreaktioner med hjälp av datasimuleringar på Lomonosov-2 superdatorn.
Monteringsbutik för RSC Energia.
Under våren i år blev det känt att Rosatom och Roskosmos börjar testa motorer för en ny rysk supertung raket i virtuell verklighet som en del av en superdatorsimulering. Projektet startade redan 2014 och kostade nästan 270 miljoner rubel. Den 30 januari 2018 undertecknades en handling för godkännande av verk för utveckling av mjukvara för virtuella tester.
Vad kan i framtiden
Det finns många alternativ. Superdatorer kan användas för att öka noggrannheten i meteorologiska prognoser, diagnoser, för att identifiera förhållandet mellan gener och cancer, för att simulera turbulens, förbränningsprocesser, för att utveckla nya material, nya läkemedel, för att simulera driften av ny teknik, för att beräkna deformationer av fasta ämnen med hänsyn till förstörelseprocesser, kontroll över drönare, simulera användningen av moderna vapen, att analysera data från satelliter och drönare, kryptografi, simulera effekterna av elektromagnetisk strålning på kompositmaterial (särskilt på flygplansbeläggningar), simulera hjärnfunktion och så vidare.
Superdatorer kommer också att vara involverade i personlighetsprofilering och implementering av ansiktsigenkänningssystem, aktivitetsövervakning och social rating i Kina. Enligt vissa prognoser kommer superdatorer att kunna simulera hela vädersystemet på jorden efter att de har uppnått prestanda som överstiger 1 zetaflops (1000 exaflops). Utseendet på sådana maskiner förväntas senast 2030.
Spårningssystem i Guiyang, Kina.
Vem har tillgång
Det är inte bara prestanda för den bästa superdatorn som spelar roll, utan också det totala antalet maskiner i landet och deras tillgänglighet. Ju fler datacenter, desto fler organisationer och institutioner kan komma åt dem, det bredare utbudet av uppgifter kan lösas.
I Ryssland används förmågan hos endast ett superdatorkomplex vid Moskva universitet för närvarande av 2500 specialister från 20 avdelningar vid Moskva statsuniversitet, mer än 100 institut vid Ryska vetenskapsakademin och mer än 100 universitet i Ryssland.
Enligt Top500-projektet är landet med det största antalet superkraftiga datorer från juni i år Kina: det äger 206 superdatorer från rankningen (för sex månader sedan fanns det 201 system). Samtidigt minskade Förenta staterna sin andel i värderingen från 143 system till 124. Men det kan noteras att när det gäller den sammanlagda prestanda för alla system i landet, överträffade USA Kina den här gången. Amerikas totala produktivitet är 38,2% av Top500: s totala produktivitet, medan Kinas 29,1%.
Den genomsnittliga ökningen i kraften hos superdatorer i världen.
Japan (36 system), Storbritannien (22 system), Tyskland (21 system), Frankrike (18 system) ligger bakom Kina och USA när det gäller antalet superdatorer.
Ryssland har fyra superdatorer i rankningen - en mer än den tidigare listan för sex månader sedan. Lomonosov-2 tog 72: e plats, en dator i Roshydromet - 172: e, Lomonosov - 326: e plats, en superdator i Kurchatov Institute - 458: e raden i betyg.
Vad kommer härnäst?
Och sedan kommer de avancerade länderna att arbeta för att övervinna de fysiska begränsningarna för befintliga superdatorer. Företagen kommer att fokusera på skapandet av teknik som kiselfoton, neuromorfisk och kvantberäkning, skapandet av biodatorer och cellulära datorer. Under 2014 lanserade IBM till exempel forskningsprogram inom de första områdena med en finansieringsvolym på 3 miljarder dollar.
Accelerationen av utvecklingen av nya material och teknologier med hjälp av superdatorer i olika riktningar kan i slutändan ge en kumulativ jätteimpuls för utvecklingen av länder och deras tekniska avskiljning från konkurrenterna. Den snabba tillväxten av datorproduktivitet kallas till och med en revolution i utvecklingen av civilisationen.
Ilya Plekhanov