Non tutti capiscono perché abbiamo bisogno di costosi supercomputer. Forse è uno spettacolo e uno spreco di denaro? Proviamo a capirlo …
È stata pubblicata una nuova valutazione Top-500 dei supercomputer più potenti del mondo. Questa volta l'auto americana si è classificata al primo posto, spingendo il "collega" cinese. IBM ha lanciato il supercomputer più potente, Summit, commissionato dall'Oak Ridge National Laboratory del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti. Le prestazioni del suo sistema sono state stimate a 200 petaflops (200 quadrilioni di operazioni al secondo). Mentre Cina e Stati Uniti si battono per le "medaglie", le auto russe …
… si accontentano di un posto solo nell'ottavo dieci. Ilya Plekhanov parla della corsa all'informatica e delle nuove possibilità dei paesi più grandi del mondo con le loro potenti macchine.
Dopo il test Linpack standard, che cattura le prestazioni operative di un supercomputer, il vero indicatore del Summit americano è stato di 122,3 petaflop, mentre la performance dell'ex campione, il cinese Sunway TaihuLight, è stata di 93 petaflop. Così gli Stati Uniti hanno riguadagnato il palmo della mano nei supercomputer più produttivi, che hanno perso contro la Cina nel 2013.
Summit del processore.
Il nuovo Summit degli Stati Uniti è composto da 4.608 server IBM AC922 a doppio processore basati su processori IBM Power9 a 22 core, ciascuno alimentato da 6 GPU NVIDIA Tesla V100. Le connessioni interne utilizzano una rete EDR InfiniBand dual-rail Mellanox con larghezza di banda di 200 Gbps per server. Il supercomputer funziona sul sistema operativo Red Hat Enterprise Linux 7.4. MIT Technology Review riporta che il Summit pesa più di un aereo di linea passeggeri e occupa 2 campi da tennis.
Anche prima del completamento finale del sistema, i ricercatori hanno eseguito calcoli sui genomi, durante i quali hanno registrato le prestazioni del Summit di 1,88 exaflop. Questa è la prima volta nella storia che la barriera 1 exaflops è stata infranta, secondo Thomas Zachariah, direttore dell'Oak Ridge National Laboratory. In inverno, la Cina ha minacciato di lanciare un computer con una performance di 1 exaflop entro la fine di quest'anno, cioè un quintilione (da 10 alla 18a potenza) di operazioni al secondo, mentre gli Stati Uniti avevano precedentemente stanziato $ 258 milioni per creare un supercomputer con una performance di oltre 1 exaflop entro il 2021. Lo sviluppo, come annunciato nel 2017, viene effettuato da sei società americane: Hewlett-Packard, IBM, Intel, NVIDIA, Cray e AMD.
Suono in esecuzione del supercomputer:
Video promozionale:
Il simbolo del potere del paese
L'emergere di un altro supercomputer è una sorta di traguardo prestigioso e un indicatore di ciò che un paese può fare, ha le risorse e le competenze, un budget da centinaia di milioni di dollari a oltre un miliardo per creare un supercomputer, c'è capacità energetica per l'alimentazione, soluzioni ingegneristiche per la rimozione del calore, hanno i propri processori, personale qualificato e così via. Il segretario americano per l'energia Rick Perry ha commentato l'apparizione del Summit:
È la questione della sicurezza nazionale che può essere considerata fondamentale, poiché gli Stati Uniti sono almeno preoccupati per l'intenzione della Cina di diventare un leader nel campo dell'intelligenza artificiale. Dopotutto, questo significa l'uso dell'IA nella sfera militare.
Il cinese Sunway TaihuLight, che si è classificato al secondo posto, è stato un passo avanti per la Cina nella creazione del proprio computer e della propria base di elementi. I processori Sunway TaihuLight si basano sull'architettura ShenWei locale sviluppata dallo Shanghai State High Performance IC Design Center. Anche il sistema di interconnessione tra processori dei nodi, noto come Sunway Network, è stato sviluppato in Cina. Inoltre, Sunway TaihuLight dispone di una propria implementazione dello standard del software di programmazione parallela, il sistema operativo SunWay Raise OS 2.0.5 basato su Linux. Cioè, la Cina è stata in grado di superare la sua dipendenza dagli elementi americani e le restrizioni imposte alla fornitura di prodotti ad alta tecnologia dal 2015.
Sunway TaihuLight.
In Russia, nel 2009, il supercomputer Lomonosov è stato installato presso l'Università statale di Mosca, che contiene 6 654 nodi di elaborazione, più di 94 000 core del processore e ha una prestazione massima di 1,37 Pflops. La performance reale del sistema nel test Linpack è di 674 teraflop, che gli ha permesso di prendere il 13 ° posto nella lista dei Top500 computer più produttivi al mondo nel giugno 2011.
Nel marzo 2018, l'Università statale di Mosca ha annunciato che lo sviluppo era stato completato e l'operazione di prova era iniziata su una nuova sezione del supercomputer Lomonosov-2 con prestazioni di picco di 1,8 Pflops, che in futuro gli consentiranno di avvicinarsi al confine dei 5 Pflops. La nuova sezione del supercomputer è basata su processori multi-core Intel Skylake e GPU NVidia Pascal P100 con supporto hardware per l'interfaccia NVLink ad alta velocità.
"Lomonosov".
A marzo, i dipendenti dell'Istituto congiunto per la ricerca nucleare di Dubna, nella regione di Mosca, hanno presentato un nuovo supercomputer Govorun, che verrà utilizzato per elaborare i dati dal futuro collisore di ioni pesanti NICA. La performance del Govorun è di 1 petaflops. Il supercomputer è basato sui processori Intel Xeon Phi 7290 e Intel Xeon Gold 6154 a 72 core.
I supercomputer compaiono in Russia, ma non con prestazioni tali da essere inclusi nella classifica Top500. Nel gennaio di quest'anno, Igor Chernykh, allora capo ad interim del Center for Collective Use "Siberian Supercomputer Center" dell'ICM & MG SB RAS, disse:
Secondo Oleg Gorbachev, direttore della comunicazione aziendale del gruppo di società RSK, la situazione potrebbe essere corretta dal programma nazionale:
Compiti del supercomputer
È necessario un supercomputer per lavorare con un'enorme quantità di dati e variabili, con informazioni misurate in exabyte (da 10 a 18a potenza di byte) e in yottabyte (da 10 a 24a potenza di byte). E non si tratta solo di volumi, ma anche di velocità. Ad esempio, i calcoli delle condizioni meteorologiche risulteranno privi di significato se impiegano più tempo dell'inizio di un particolare fenomeno meteorologico.
"Parlatore".
Un'altra domanda è che le difficoltà sorgono non tanto con il numero di operazioni al secondo, ma con l'elaborazione di quegli algoritmi che richiedono tali velocità e un tale numero di processori. Cioè, le capacità tecniche stanno migliorando, ma hanno anche bisogno di modelli matematici, riempimento di software - una comprensione di come e cosa contare.
Dottore in scienze fisiche e matematiche, capo ricercatore presso l'Istituto di matematica applicata M. V. Keldysh Andrey Kuleshov spiega quali sono le specifiche dell'utilizzo della tecnologia del supercomputer:
Pertanto, gli scienziati russi ritengono che il ritardo della Russia rispetto agli Stati Uniti e alla Cina nei petaflop non sia così terribile. La chiave per un uso efficiente delle macchine è un alto livello matematico e una classe di specialisti del software in Russia.
Cosa stanno facendo ora
Ad esempio, il supercomputer spagnolo MareNostrum (come gli antichi romani pagani chiamavano il Mar Mediterraneo) si trova nei locali dell'ex cappella cristiana di Torre Girona ed è utilizzato per calcoli di ingegneria genetica, astrofisici, nella creazione di nuovi farmaci e nelle previsioni meteorologiche.
Ma non tutto si concentra solo sulla ricerca scientifica su larga scala. Anche le aziende utilizzano attivamente i supercomputer. Ad esempio, Ford utilizza auto potenti nei crash test, in cui le auto si schiantano contro un ostacolo e devono essere filmati, misurati e analizzati una tonnellata di parametri. L'utilizzo di un supercomputer può ridurre di un terzo il numero di vetture incidentate e i costi dei test, risparmiando milioni di dollari.
Utilizzando i supercomputer, DuPont ha sintetizzato un nuovo materiale che è non infiammabile, resistente alla corrosione e a bassa tossicità. In una settimana, i calcoli necessari sono stati eseguiti su un supercomputer, per il quale in totale hanno speso circa $ 5 mila. Lo studio "alla vecchia maniera" costerebbe almeno 50mila dollari e tre mesi di lavoro.
Simulazione di un crash test da parte di un supercomputer che tiene conto del danneggiamento di tutti gli elementi dell'auto.
Dal 1990 il partner del torneo di Wimbledon nel campo della tecnologia è l'azienda americana IBM, che mette a disposizione degli organizzatori del campionato il supercomputer Watson. Con il suo aiuto, i social network vengono analizzati al fine di identificare gli stati d'animo positivi e negativi dei fan, fornire ai commentatori dati comparativi dagli archivi e automatizzare il marketing e le PR su Internet.
La società francese Total nell'esplorazione petrolifera utilizza un supercomputer per analizzare le informazioni sul sottosuolo. La modellazione consente di non ricorrere alla perforazione in caso di dubbi sulla presenza di petrolio. In uno di questi casi, l'abbandono della perforazione ha fatto risparmiare all'azienda circa 80 milioni di dollari.
Per quanto riguarda il nuovo supercomputer americano, quest'anno vi avranno accesso alcuni progetti per modellare il comportamento subatomico dei materiali, identificare i fattori che causano il cancro e studiare l'interazione tra proteine e sistemi cellulari. Il cliente principale nel 2019 sarà il Dipartimento dell'Energia, che lo utilizza per il suo calcolo dell'energia alternativa. Summit sarà utilizzato anche nelle applicazioni di intelligenza artificiale nel 2019.
Con l'aiuto di un supercomputer russo, il gruppo della Facoltà di Meccanica e Matematica dell'Università Statale di Mosca e dell'Istituto di Matematica Applicata dell'Accademia Russa delle Scienze ha ottenuto risultati sulla modellazione numerica della formazione e sviluppo di vortici di punta in modalità supersoniche, sono stati elaborati i dati sismici, per le esigenze di RSC Energia, sono stati effettuati i calcoli del flusso attorno a un veicolo spaziale durante la decelerazione in superficie Terra. Il Lomonosov ha anche risolto il problema della massa e del trasferimento di calore per un promettente reattore nucleare. Ad aprile, gli scienziati della Facoltà di fisica dell'Università statale di Mosca hanno studiato diversi tipi di reazioni di polimerizzazione utilizzando simulazioni al computer sul supercomputer Lomonosov-2.
Officina di montaggio di RSC Energia.
Nella primavera di quest'anno, si è saputo che Rosatom e Roscosmos stanno iniziando a testare i motori per un nuovo razzo russo super pesante nella realtà virtuale come parte di una simulazione di supercomputer. Il progetto è iniziato nel 2014 ed è costato quasi 270 milioni di rubli. Il 30 gennaio 2018 è stato firmato un atto di accettazione dei lavori sullo sviluppo del software per i test virtuali.
Cosa può succedere in futuro
Ci sono molte opzioni. I supercomputer possono essere utilizzati per aumentare l'accuratezza di previsioni meteorologiche, diagnosi, per identificare la relazione tra geni e cancro, per simulare turbolenze, processi di combustione, per sviluppare nuovi materiali, nuovi farmaci, per simulare il lavoro di nuove tecnologie, per calcolare le deformazioni dei solidi tenendo conto dei processi di distruzione, controllo dei droni, modellazione dell'uso di armi moderne, analisi dei dati da satelliti e droni, crittografia, modellazione dell'effetto della radiazione elettromagnetica sui materiali compositi (in particolare sui rivestimenti dei velivoli), modellazione del lavoro cerebrale e così via.
I supercomputer saranno anche coinvolti nel profilo della personalità e nell'implementazione di sistemi di riconoscimento facciale, monitoraggio dell'attività e valutazione sociale in Cina. Secondo alcune previsioni, i supercomputer saranno in grado di simulare accuratamente l'intero sistema meteorologico della Terra dopo aver raggiunto prestazioni superiori a 1 zetaflop (1000 exaflop). La comparsa di tali macchine è prevista entro il 2030.
Sistema di tracciamento a Guiyang, Cina.
Chi ha accesso
Ciò che conta non sono solo le prestazioni del miglior supercomputer, ma anche il numero totale di macchine nel paese e la loro disponibilità. Più data center, più organizzazioni e istituzioni possono accedervi, più ampia è la gamma di attività che può essere risolta.
In Russia, le capacità di un solo complesso di supercomputer dell'Università di Mosca sono attualmente utilizzate da 2.500 specialisti di 20 divisioni dell'Università statale di Mosca, più di 100 istituti dell'Accademia delle scienze russa e più di 100 università in Russia.
Secondo il progetto Top500, il paese con il maggior numero di computer super potenti a giugno di quest'anno è la Cina: possiede 206 supercomputer dalla classifica (sei mesi fa c'erano 201 sistemi). Allo stesso tempo, gli Stati Uniti hanno ridotto la loro quota nel rating da 143 sistemi a 124. Ma si può notare che in termini di prestazioni aggregate di tutti i sistemi del paese, questa volta gli Stati Uniti hanno superato la Cina. La produttività totale dell'America è del 38,2% della produttività totale della Top500, mentre quella della Cina è del 29,1%.
L'aumento medio della potenza dei supercomputer nel mondo.
Giappone (36 sistemi), Gran Bretagna (22 sistemi), Germania (21 sistemi), Francia (18 sistemi) sono dietro Cina e Stati Uniti per numero di supercomputer in classifica.
La Russia ha quattro supercomputer nella classifica, uno in più rispetto alla lista precedente sei mesi fa. Lomonosov-2 ha preso il 72 ° posto, un computer in Roshydromet - 172 °, Lomonosov - 326 ° posizione, un supercomputer nell'Istituto Kurchatov - 458 ° riga della valutazione.
Qual è il prossimo?
E poi i paesi avanzati lavoreranno per superare i limiti fisici dei supercomputer esistenti. Le aziende si concentreranno sulla creazione di tecnologie come la fotonica del silicio, il calcolo neuromorfico e quantistico, i biocomputer e i computer cellulari. Ad esempio, nel 2014, IBM ha lanciato programmi di ricerca nelle prime aree con un volume di finanziamento di $ 3 miliardi.
L'accelerazione dello sviluppo di nuovi materiali e tecnologie con l'aiuto di supercomputer in varie direzioni potrebbe infine dare un enorme impulso cumulativo allo sviluppo dei paesi e alla loro separazione tecnologica dai concorrenti. La rapida crescita della produttività dei computer è anche chiamata rivoluzione nello sviluppo della civiltà.
Ilya Plekhanov
