Niet iedereen begrijpt waarom we dure supercomputers nodig hebben. Misschien is het een show-off en een verspilling van geld? Laten we proberen het uit te zoeken …
Een nieuwe Top-500-beoordeling van 's werelds krachtigste supercomputers is gepubliceerd. Dit keer nam de Amerikaanse auto de eerste plaats in, waarbij de Chinese "collega" werd geduwd. IBM heeft de krachtigste supercomputer Summit gelanceerd, in opdracht van het Oak Ridge National Laboratory van het Amerikaanse Department of Energy. De prestatie van zijn systeem werd geschat op 200 petaflops (200 biljard bewerkingen per seconde). Terwijl China en de Verenigde Staten vechten voor "medailles", Russische auto's …
… zijn tevreden met slechts een plaats in de achtste tien. Ilya Plechanov vertelt over de computerrace en de nieuwe mogelijkheden van 's werelds grootste landen met hun krachtige machines.
Na de standaard Linpack-test, die de operationele prestaties van een supercomputer vastlegt, was de echte indicator van de American Summit 122,3 petaflops, terwijl de prestatie van de voormalige kampioen, China's Sunway TaihuLight, 93 petaflops was. Dus de Verenigde Staten herwonnen de palm van de meest productieve supercomputers, die het in 2013 verloor van China.
Processor Summit.
De nieuwe American Summit bestaat uit 4.608 dual-processor IBM AC922-servers aangedreven door 22-core IBM Power9-processors, elk aangedreven door 6 NVIDIA Tesla V100 GPU's. Interne verbindingen maken gebruik van een Mellanox dual-rail EDR InfiniBand-netwerk met 200 Gbps bandbreedte per server. De supercomputer draait op het besturingssysteem Red Hat Enterprise Linux 7.4. MIT Technology Review meldt dat de Summit meer weegt dan een passagiersvliegtuig en 2 tennisbanen beslaat.
Zelfs vóór de definitieve voltooiing van het systeem, voerden de onderzoekers berekeningen uit tegen genomen, waarbij ze de prestatie van de Summit van 1,88 exaflops registreerden. Volgens Thomas Zachariah, directeur van het Oak Ridge National Laboratory, is dit de eerste keer in de geschiedenis dat de 1 exaflops-barrière is doorbroken. In de winter dreigde China tegen het einde van dit jaar een computer te lanceren met een prestatie van 1 exaflops, dat wil zeggen een quintillion (10 tot de 18e macht) aan operaties per seconde, terwijl de VS eerder $ 258 miljoen toewees om een supercomputer te creëren met een prestatie van meer dan 1 exaflops tegen 2021. De ontwikkeling, zoals aangekondigd in 2017, wordt uitgevoerd door zes Amerikaanse bedrijven: Hewlett-Packard, IBM, Intel, NVIDIA, Cray en AMD.
Supercomputer hardloopgeluid:
Promotie video:
Het symbool van de kracht van het land
De opkomst van een andere supercomputer is een soort prestigieuze mijlpaal en een indicator van wat het land kan doen, heeft het de middelen en vaardigheden, het budget van honderden miljoenen dollars tot meer dan een miljard om een supercomputer te maken, is er energiecapaciteit voor stroomvoorziening, technische oplossingen voor warmteafvoer, hebben ze hun eigen verwerkers, gekwalificeerd personeel enzovoort. De Amerikaanse minister van Energie Rick Perry reageerde op het optreden van Summit:
Het is de kwestie van de nationale veiligheid die als de sleutel kan worden beschouwd, aangezien de Verenigde Staten zich in ieder geval zorgen maken over het voornemen van China om een leider te worden op het gebied van kunstmatige intelligentie. Dit betekent tenslotte het gebruik van AI op militair gebied.
Het Chinese Sunway TaihuLight, dat op de tweede plaats eindigde, was een doorbraak voor China bij het creëren van zijn eigen computer- en elementbasis. De Sunway TaihuLight-processors zijn gebaseerd op de lokale ShenWei-architectuur die is ontwikkeld door het Shanghai State High Performance IC Design Center. Het systeem van inter-processorverbinding van knooppunten, bekend als het Sunway-netwerk, werd ook ontwikkeld in China. Bovendien heeft Sunway TaihuLight een eigen implementatie van de parallelle programmeersoftwarestandaard, het op Linux gebaseerde SunWay Raise OS 2.0.5-besturingssysteem. Dat wil zeggen, China was in staat om zijn afhankelijkheid van Amerikaanse elementen en de opgelegde beperkingen op de levering van hightechproducten sinds 2015 te overwinnen.
Sunway TaihuLight.
In Rusland werd in 2009 de Lomonosov-supercomputer geïnstalleerd aan de Moscow State University, die 6 654 computerknooppunten en meer dan 94 000 processorkernen bevat en een topprestatie van 1,37 Pflops heeft. De werkelijke prestatie van het systeem op de Linpack-test is 674 teraflops, waardoor het in juni 2011 de 13e plaats in de lijst van Top500 meest productieve computers ter wereld bereikte.
In maart 2018 kondigde de Staatsuniversiteit van Moskou aan dat de ontwikkeling was voltooid en dat er een proefoperatie was begonnen op een nieuw deel van de Lomonosov-2-supercomputer met een topprestatie van 1,8 Pflops, waardoor het in de toekomst dichtbij de 5 Pflops-grens zal komen. De nieuwe supercomputersectie is gebaseerd op Intel Skylake multi-coreprocessors en NVidia Pascal P100 GPU's met hardware-ondersteuning voor de snelle NVLink-interface.
"Lomonosov".
In maart presenteerden medewerkers van het Joint Institute for Nuclear Research in Dubna, Moscow Region, een nieuwe Govorun-supercomputer, die zal worden gebruikt om gegevens van de toekomstige NICA-zware ionenversneller te verwerken. De prestatie van de Govorun is 1 petaflops. De supercomputer is gebaseerd op 72-core Intel Xeon Phi 7290 en Intel Xeon Gold 6154 processors.
Supercomputers verschijnen in Rusland, maar niet met zulke prestaties dat ze in de Top500-beoordeling worden opgenomen. In januari van dit jaar zei Igor Chernykh, toen waarnemend hoofd van het Centrum voor Collectief Gebruik "Siberian Supercomputer Center" van de ICM & MG SB RAS:
Volgens Oleg Gorbachev, directeur bedrijfscommunicatie van de RSK-bedrijvengroep, zou de situatie kunnen worden gecorrigeerd door het nationale programma:
Supercomputer taken
Er is een supercomputer nodig om met een enorme hoeveelheid gegevens en variabelen te werken - met informatie gemeten in exabytes (10 tot de 18e bytes) en in yottabytes (10 tot de 24e bytes). En het gaat niet alleen om volumes, maar ook om snelheid. Berekeningen van meteorologische omstandigheden zullen bijvoorbeeld zinloos blijken te zijn als ze langer duren dan het begin van een bepaald weerfenomeen.
"Prater".
Een andere vraag is dat er niet zozeer problemen ontstaan met het aantal bewerkingen per seconde, maar met de uitwerking van die algoritmen die zulke snelheden en zoveel processors vereisen. Dat wil zeggen, de technische mogelijkheden verbeteren, maar ze hebben ook wiskundige modellen nodig, softwarevulling - een begrip van hoe en wat te tellen.
Doctor in de fysische en wiskundige wetenschappen, hoofdonderzoeker aan het Instituut voor toegepaste wiskunde M. V. Keldysh Andrey Kuleshov legt uit wat de specifieke kenmerken van het gebruik van supercomputertechnologie zijn:
Daarom zijn Russische wetenschappers van mening dat de achterstand van Rusland op de Verenigde Staten en China op het gebied van petaflops niet zo erg is. De sleutel tot een efficiënt gebruik van machines is een hoog wiskundig niveau en een klasse van softwarespecialisten in Rusland.
Wat zijn ze nu aan het doen
De Spaanse supercomputer MareNostrum (zoals de oude heidense Romeinen de Middellandse Zee noemden) bevindt zich bijvoorbeeld in de gebouwen van de voormalige christelijke kapel van Torre Girona en wordt gebruikt voor genetische manipulatieberekeningen, astrofysici, het maken van nieuwe medicijnen en het voorspellen van het weer.
Maar niet alles is alleen gericht op grootschalig wetenschappelijk onderzoek. Bedrijven maken ook actief gebruik van supercomputers. Ford gebruikt bijvoorbeeld krachtige auto's in crashtests, waarbij auto's tegen een obstakel botsen en een heleboel parameters moeten worden gefilmd, gemeten en geanalyseerd. Het gebruik van een supercomputer kan het aantal gecrashte auto's en de testkosten met een derde verminderen, waardoor miljoenen dollars worden bespaard.
Met behulp van supercomputers heeft DuPont een nieuw materiaal gesynthetiseerd dat niet brandbaar, corrosiebestendig en weinig giftig is. In een week tijd werden de nodige berekeningen uitgevoerd op een supercomputer, waarvoor ze in totaal ongeveer $ 5 duizend hebben uitgegeven. De studie "op de ouderwetse manier" zou minstens $ 50.000 en drie maanden werk kosten.
Simulatie van een crashtest door een supercomputer waarbij rekening wordt gehouden met de schade van alle onderdelen van de auto.
Sinds 1990 is de partner van het Wimbledon-toernooi op het gebied van technologie het Amerikaanse bedrijf IBM, dat de organisatoren van het kampioenschap voorziet van de supercomputer Watson. Met zijn hulp worden sociale netwerken geanalyseerd om positieve en negatieve gemoedstoestanden van fans te identificeren, commentatoren vergelijkende gegevens uit de archieven te geven en marketing en PR op internet te automatiseren.
Het Franse bedrijf Total in olie-exploratie gebruikt een supercomputer om informatie over de ondergrond te analyseren. Door te modelleren, hoeft u niet te boren als er twijfel bestaat over de aanwezigheid van olie. In een dergelijk geval heeft het opgeven van boren het bedrijf ongeveer $ 80 miljoen bespaard.
Wat betreft de nieuwe Amerikaanse supercomputer, sommige projecten zullen er dit jaar toegang toe hebben om het subatomaire gedrag van materialen te modelleren, factoren te identificeren die kanker veroorzaken en de interactie van eiwitten en cellulaire systemen te bestuderen. De belangrijkste klant in 2019 is het Department of Energy, dat het gebruikt voor zijn alternatieve energiecomputers. Summit zal in 2019 ook worden gebruikt in toepassingen van kunstmatige intelligentie.
Met de hulp van een Russische supercomputer heeft de groep van de Faculteit Mechanica en Wiskunde van de Staatsuniversiteit van Moskou en het Instituut voor Toegepaste Wiskunde van de Russische Academie van Wetenschappen resultaten verkregen over numerieke modellering van de vorming en ontwikkeling van tipwervels in supersonische modi, seismische gegevens werden verwerkt, voor de behoeften van RSC Energia, berekeningen van de stroming rond een ruimtevaartuig tijdens de vertraging in de atmosfeer en de landing werden uitgevoerd Aarde. De Lomonosov loste ook het probleem van massa- en warmteoverdracht op voor een veelbelovende kernreactor. In april onderzochten wetenschappers van de natuurkundefaculteit van de Moscow State University verschillende soorten polymerisatiereacties met behulp van computersimulaties op de Lomonosov-2-supercomputer.
Montage winkel van RSC Energia.
In het voorjaar van dit jaar werd bekend dat Rosatom en Roscosmos motoren voor een nieuwe Russische superzware raket in virtual reality beginnen te testen als onderdeel van een supercomputersimulatie. Het project begon in 2014 en kostte bijna 270 miljoen roebel. Op 30 januari 2018 werd een akte van acceptatie van werken voor de ontwikkeling van software voor virtuele tests ondertekend.
Wat kan er in de toekomst
Er zijn veel mogelijkheden. Supercomputers kunnen worden gebruikt om de nauwkeurigheid van meteorologische voorspellingen en diagnoses te vergroten, de relatie tussen genen en kanker te identificeren, turbulentie en verbrandingsprocessen te simuleren, nieuwe materialen en nieuwe medicijnen te ontwikkelen, het werk van nieuwe technologie te simuleren, vervormingen van vaste stoffen te berekenen, rekening houdend met vernietigingsprocessen, controle over drones, modellering van het gebruik van moderne wapens, voor het analyseren van gegevens van satellieten en drones, cryptografie, modellering van het effect van elektromagnetische straling op composietmaterialen (in het bijzonder op coatings van vliegtuigen), modellering van hersenwerk, enzovoort.
Supercomputers zullen ook betrokken zijn bij persoonlijkheidsprofilering en de implementatie van gezichtsherkenningssystemen, activiteitsmonitoring en sociale beoordeling in China. Volgens sommige voorspellingen zullen supercomputers het hele weersysteem van de aarde nauwkeurig kunnen simuleren nadat ze een prestatie van meer dan 1 zetaflops (1000 exaflops) hebben bereikt. Het uiterlijk van dergelijke machines wordt verwacht in 2030.
Volgsysteem in Guiyang, China.
Wie heeft er toegang?
Het gaat niet alleen om de prestaties van de beste supercomputer, maar ook om het totale aantal machines in het land en hun beschikbaarheid. Hoe meer datacenters, hoe meer organisaties en instellingen er toegang toe hebben, hoe meer taken kunnen worden opgelost.
In Rusland worden de mogelijkheden van slechts één supercomputercomplex van de Universiteit van Moskou momenteel gebruikt door 2500 specialisten van 20 afdelingen van de Moscow State University, meer dan 100 instituten van de Russian Academy of Sciences en meer dan 100 universiteiten in Rusland.
Volgens het Top500-project is China het land met het grootste aantal superkrachtige computers sinds juni dit jaar: het bezit 206 supercomputers van de ranglijst (zes maanden geleden waren er 201 systemen). Tegelijkertijd hebben de Verenigde Staten hun aandeel in de rating teruggebracht van 143 systemen tot 124. Maar er kan worden opgemerkt dat de Verenigde Staten, in termen van de totale prestaties van alle systemen in het land, China deze keer voorbijstreefden. De totale productiviteit van Amerika is 38,2% van de totale productiviteit van de Top500, terwijl die in China 29,1% is.
De gemiddelde toename van de kracht van supercomputers in de wereld.
Japan (36 systemen), Groot-Brittannië (22 systemen), Duitsland (21 systemen), Frankrijk (18 systemen) lopen achter China en de Verenigde Staten wat betreft het aantal supercomputers.
Rusland heeft vier supercomputers op de ranglijst - één meer dan in de vorige lijst zes maanden geleden. Lomonosov-2 behaalde de 72e plaats, een computer in Roshydromet - 172e, Lomonosov - 326e positie, een supercomputer in het Kurchatov Institute - 458e regel van de rating.
Wat is het volgende?
En dan zullen de geavanceerde landen eraan werken om de fysieke beperkingen van bestaande supercomputers te overwinnen. De bedrijven zullen zich richten op het creëren van technologieën zoals siliciumfotonica, neuromorfische en kwantumcomputers, het creëren van biocomputers en cellulaire computers. In 2014 lanceerde IBM bijvoorbeeld onderzoeksprogramma's in de eerste gebieden met een financieringsvolume van $ 3 miljard.
De versnelling van de ontwikkeling van nieuwe materialen en technologieën met behulp van supercomputers in verschillende richtingen kan uiteindelijk een cumulatieve gigantische impuls geven aan de ontwikkeling van landen en hun technologische scheiding van concurrenten. De snelle groei van de computerproductiviteit wordt zelfs een revolutie in de ontwikkeling van de beschaving genoemd.
Ilya Plechanov