Навлизаме в ерата на екзафлоповите суперкомпютри
Те оказват помощ в климатичните прогнози и проектирането на нови материали
Екзафлоповите калкулации дават на огромните научно-изследователски планове свръхвисока разграничителна дарба, по-широки пространствени и времеви граници (снимка: CC0 Public Domain)
За да схванат по какъв начин се държи даден нов материал, откривателите би трябвало да симулират неговите въртящи се електрони, от което зависят множеството химични и електронни свойства. Но това е сложна задача, изискваща голяма изчислителна мощност. Най-мощните суперкомпютри в света, работещи с екзафлопови скорости, към този момент вършат това допустимо в границите на рационално време.
На SC23 – конференция за суперкомпютри в Денвър – откриватели оповестиха за преструване на държанието на до 600 000 електрона в микроскопично парче от магнезиева сплав с акуратност, описвана като „ квантовата симулация Монте Карло “. „ Прескочихме бариерата във връзка с точността и дължината на мащаба “, споделя Самбит Дас, машинен инженер в Мичиганския университет и член на екипа, представящ създаването.
Симулациите демонстрират по какъв начин се образуват недостатъци в сплавите. Това разрешава проектирането на нови леки сплави за по-ефективни коли и самолети. Прилагането на техниките към материали, наречени квазикристали, разкрива пък за какво те одобряват необикновените форми, които имат – стъпка напред, която може да докара до проектирането на нови магнитни материали и свръхпроводници.
още по темата
В други планове за екзафлоповви калкулации откривателите от SC23 оповестяват за прогнозиране на въздушния поток и шума от структурата на реактивен мотор с пестелив разход на гориво и по какъв начин топлината ще пулсира през сърцевината на дребен модулен нуклеарен реактор. Постижението може да се окаже основа за по-безопасни планове от този жанр.
Всички това са час от ранните резултати от работата на един от първите в света суперкомпютри с екзамащаб, Frontier, в Националната лаборатория в Оук Ридж на Министерството на енергетиката в Съединени американски щати. С опция за 1,1 екзафлопа или 1,1 милиарда милиарда интервенции в секунда, Frontier е повече от два пъти по-бърз от най-бързата машина от преди единствено 2 години.
Тези резултати и други сходни в екзамащаб, които се чака да станат факт в идващите няколко години, дават обещание да отворят нов път към науката за материалите, науката за климата, биологията и медицината. „ Задава се нова научна епоха, която в този момент се разпростира “, споделя Серен Сусут, асоцииран шеф на програмата за усъвършенствани научни компютърни проучвания на министерството.
Двойка китайски суперкомпютри се считат за първите, минали прага на екзамащаба през 2022 година Резултатите от проучванията с тези машини – като първия световен климатичен модел, който включва охлаждащите резултати от характерни вулканични изригвания – бяха показани на конференцията.
Мащаби
Frontier е приключен през май 2022 година и е беше отворен за всеобща научна приложимост от април 2023. С тегло близо 270 тона, Frontier съдържа повече от 40 000 процесора, които го вършат към 1 милион пъти по-мощен от средностатистически настолен компютър. Консумира 21 мегавата сила. Охлажда се посредством четири помпи с мощ 350 конски сили – задоволително мощни, с цел да изпълнят басейн с олимпийски размери за 30 минути. Помпите непрестанно циркулират вода през системата.
Очаква се Frontier да бъде помрачен в границите на седмици от Aurora – втори екзамащабен колос, който в този момент приключва последната си фаза на премахване на неточности в Националната лаборатория в Аргон в Съединени американски щати. Въпреки че е единствено отчасти конфигуриран, Aurora към този момент се смята за втори най-мощен компютър в света. Скоро той би трябвало да доближи повече от 2 екзафлопа.
Когато бъде отворен за научни проучвания, Aurora вероятно ще оказва помощ на инженерите при проектирането на по-ефективни самолети, търсенето на катализатори за зелена сила и стимулиране на напъните за прогнозиране на реакциите на пациентите към лекуването на рак посредством преструване на разпространяването на метастази през кръвния поток.
El Capitan – третата американска машина в екзамащаб – ще се намира в Националната лаборатория на Лорънс Ливърмор и се чака да проработи в средата на 2024 година По проект той ще оказва помощ на учените в региона на нуклеарните оръжия да симулират детонации от стареещите бойни ресурси.
Jupiter – екзаглопов суперкомпютър в Германия – би трябвало да проработи в края на 2024 година Разширението на Fugaku в Япония пък е планувана за 2029 година Франция също възнамерява да построи екзафлопов суперкомпютър. Той ще е наименуван Jules Vernes, въпреки и датата на неговото стартиране към момента да не е оповестена.
Нова епоха в науката
Новите машини са кулминационната точка на видимо безмилостните 1000-кратни скокове в скоростта и мощността на суперкомпютрите, за които се смята, че се случват на всяко десетилетие от началото на 90-те години. Но този финален скок от петафлопови (1015 флопа) към екзафлопови машини изисква някои промени в проектирането.
При Frontier откривателите взеха решение да включат голям брой графични процесори (GPU) – високоскоростни чипове, каквито стоят в сърцето на игралните конзоли, машините за копаене на биткойн и изкуствен интелект (AI). Към всеки GPU чип са прикачени 128 гигабита памет, с цел да понижат времето и силата, нужни за изчисленията.
Резултатът е опцията да се наблюдават събития освен при свръхвисока разграничителна дарба, само че и в по-широки пространствени или времеви мащаби. „ Това, което ни дават компютрите в екзамащаб, е способността да получаваме по-висока разграничителна дарба за по-дълги интервали от време “, споделя Лори Диачин, основен заместник-директор по компютърни технологии в „ Лорънс Ливърмор “.
Какви са резултатите? Лука Бертаня, прибавен математик в Националната лаборатория „ Sandia “, споделя, че Frontier е разрешил на екипа му да усъвършенства разграничителната дарба на световния климатичен модел на DOE от 100 километра до единствено 3 километра. Това разрешава на модела да симулира фините атмосферни процеси, които пораждат облаци.
Тъй като държанието на облаците в затоплящия се свят съставлява едно от най-големите провокации в изменението на климата, по-високата разграничителна дарба би трябвало да помогне на откривателите да уточняват своите прогнози по какъв начин възходящите концентрации на парникови газове ще затоплят планетата.
Поглед към зетафлопвата епоха
След като към този момент пристъпват към екзафлопови калкулации, откривателите към този момент гледат към и идващия скок в суперкомпютрите: зетафлоповеите (1021 флопа) машини. Това ще е ново предизвикателство. Според хардуерните специалисти, най-големият проблем е, че траялата десетилетия наклонност на устойчиво стесняване на транзисторите и другите изчислителни устройства – известна като Закон на Мур – се забави доста през последните години.
Една известна концепция за добиване на повече процесорна мощ от актуалните планове е да се понижи математическата акуратност, с която актуалните компютърни чипове вършат калкулации. Подобна смяна може да докара до 10-кратно усъвършенстване на процесорната мощ. Но тя може да разреши и натрупването на всевъзможни неточности, подкопавайки надеждността.
Други хрумвания включват основаване на хибридни машини, които ще включват към момента зараждащи технологии като квантови калкулации и системи, пригодени за машинно самообразование и AI. Всичко това, несъмнено, ще коства и нов приток на пари, който ще е друго предизвикателство в близко бъдеще.
Но има и още една специфичност тук. Някои от ръководителите на плановете за екзафлопови изчислителни стратегии споделят, че с ускоряването на изчисленията плановете ще приключват доста по-скоро. А това, съгласно тях, може да остави стотици компютърни учени и инженери без работа.
„ Страхът е, че геният ще напусне изследователските стратегии и ще отиде в компании като NVIDIA, Microsoft и Фейсбук “, споделя Джак Донгара, специалист по високопроизводителни калкулации в Университета на Тенеси, Ноксвил. „ А това е нещо, което мъчно е да се размени “.
Екзафлоповите калкулации дават на огромните научно-изследователски планове свръхвисока разграничителна дарба, по-широки пространствени и времеви граници (снимка: CC0 Public Domain)
За да схванат по какъв начин се държи даден нов материал, откривателите би трябвало да симулират неговите въртящи се електрони, от което зависят множеството химични и електронни свойства. Но това е сложна задача, изискваща голяма изчислителна мощност. Най-мощните суперкомпютри в света, работещи с екзафлопови скорости, към този момент вършат това допустимо в границите на рационално време.
На SC23 – конференция за суперкомпютри в Денвър – откриватели оповестиха за преструване на държанието на до 600 000 електрона в микроскопично парче от магнезиева сплав с акуратност, описвана като „ квантовата симулация Монте Карло “. „ Прескочихме бариерата във връзка с точността и дължината на мащаба “, споделя Самбит Дас, машинен инженер в Мичиганския университет и член на екипа, представящ създаването.
Симулациите демонстрират по какъв начин се образуват недостатъци в сплавите. Това разрешава проектирането на нови леки сплави за по-ефективни коли и самолети. Прилагането на техниките към материали, наречени квазикристали, разкрива пък за какво те одобряват необикновените форми, които имат – стъпка напред, която може да докара до проектирането на нови магнитни материали и свръхпроводници.
още по темата
В други планове за екзафлоповви калкулации откривателите от SC23 оповестяват за прогнозиране на въздушния поток и шума от структурата на реактивен мотор с пестелив разход на гориво и по какъв начин топлината ще пулсира през сърцевината на дребен модулен нуклеарен реактор. Постижението може да се окаже основа за по-безопасни планове от този жанр.
Всички това са час от ранните резултати от работата на един от първите в света суперкомпютри с екзамащаб, Frontier, в Националната лаборатория в Оук Ридж на Министерството на енергетиката в Съединени американски щати. С опция за 1,1 екзафлопа или 1,1 милиарда милиарда интервенции в секунда, Frontier е повече от два пъти по-бърз от най-бързата машина от преди единствено 2 години.
Тези резултати и други сходни в екзамащаб, които се чака да станат факт в идващите няколко години, дават обещание да отворят нов път към науката за материалите, науката за климата, биологията и медицината. „ Задава се нова научна епоха, която в този момент се разпростира “, споделя Серен Сусут, асоцииран шеф на програмата за усъвършенствани научни компютърни проучвания на министерството.
Двойка китайски суперкомпютри се считат за първите, минали прага на екзамащаба през 2022 година Резултатите от проучванията с тези машини – като първия световен климатичен модел, който включва охлаждащите резултати от характерни вулканични изригвания – бяха показани на конференцията.
Мащаби
Frontier е приключен през май 2022 година и е беше отворен за всеобща научна приложимост от април 2023. С тегло близо 270 тона, Frontier съдържа повече от 40 000 процесора, които го вършат към 1 милион пъти по-мощен от средностатистически настолен компютър. Консумира 21 мегавата сила. Охлажда се посредством четири помпи с мощ 350 конски сили – задоволително мощни, с цел да изпълнят басейн с олимпийски размери за 30 минути. Помпите непрестанно циркулират вода през системата.
Очаква се Frontier да бъде помрачен в границите на седмици от Aurora – втори екзамащабен колос, който в този момент приключва последната си фаза на премахване на неточности в Националната лаборатория в Аргон в Съединени американски щати. Въпреки че е единствено отчасти конфигуриран, Aurora към този момент се смята за втори най-мощен компютър в света. Скоро той би трябвало да доближи повече от 2 екзафлопа.
Когато бъде отворен за научни проучвания, Aurora вероятно ще оказва помощ на инженерите при проектирането на по-ефективни самолети, търсенето на катализатори за зелена сила и стимулиране на напъните за прогнозиране на реакциите на пациентите към лекуването на рак посредством преструване на разпространяването на метастази през кръвния поток.
El Capitan – третата американска машина в екзамащаб – ще се намира в Националната лаборатория на Лорънс Ливърмор и се чака да проработи в средата на 2024 година По проект той ще оказва помощ на учените в региона на нуклеарните оръжия да симулират детонации от стареещите бойни ресурси.
Jupiter – екзаглопов суперкомпютър в Германия – би трябвало да проработи в края на 2024 година Разширението на Fugaku в Япония пък е планувана за 2029 година Франция също възнамерява да построи екзафлопов суперкомпютър. Той ще е наименуван Jules Vernes, въпреки и датата на неговото стартиране към момента да не е оповестена.
Нова епоха в науката
Новите машини са кулминационната точка на видимо безмилостните 1000-кратни скокове в скоростта и мощността на суперкомпютрите, за които се смята, че се случват на всяко десетилетие от началото на 90-те години. Но този финален скок от петафлопови (1015 флопа) към екзафлопови машини изисква някои промени в проектирането.
При Frontier откривателите взеха решение да включат голям брой графични процесори (GPU) – високоскоростни чипове, каквито стоят в сърцето на игралните конзоли, машините за копаене на биткойн и изкуствен интелект (AI). Към всеки GPU чип са прикачени 128 гигабита памет, с цел да понижат времето и силата, нужни за изчисленията.
Резултатът е опцията да се наблюдават събития освен при свръхвисока разграничителна дарба, само че и в по-широки пространствени или времеви мащаби. „ Това, което ни дават компютрите в екзамащаб, е способността да получаваме по-висока разграничителна дарба за по-дълги интервали от време “, споделя Лори Диачин, основен заместник-директор по компютърни технологии в „ Лорънс Ливърмор “.
Какви са резултатите? Лука Бертаня, прибавен математик в Националната лаборатория „ Sandia “, споделя, че Frontier е разрешил на екипа му да усъвършенства разграничителната дарба на световния климатичен модел на DOE от 100 километра до единствено 3 километра. Това разрешава на модела да симулира фините атмосферни процеси, които пораждат облаци.
Тъй като държанието на облаците в затоплящия се свят съставлява едно от най-големите провокации в изменението на климата, по-високата разграничителна дарба би трябвало да помогне на откривателите да уточняват своите прогнози по какъв начин възходящите концентрации на парникови газове ще затоплят планетата.
Поглед към зетафлопвата епоха
След като към този момент пристъпват към екзафлопови калкулации, откривателите към този момент гледат към и идващия скок в суперкомпютрите: зетафлоповеите (1021 флопа) машини. Това ще е ново предизвикателство. Според хардуерните специалисти, най-големият проблем е, че траялата десетилетия наклонност на устойчиво стесняване на транзисторите и другите изчислителни устройства – известна като Закон на Мур – се забави доста през последните години.
Една известна концепция за добиване на повече процесорна мощ от актуалните планове е да се понижи математическата акуратност, с която актуалните компютърни чипове вършат калкулации. Подобна смяна може да докара до 10-кратно усъвършенстване на процесорната мощ. Но тя може да разреши и натрупването на всевъзможни неточности, подкопавайки надеждността.
Други хрумвания включват основаване на хибридни машини, които ще включват към момента зараждащи технологии като квантови калкулации и системи, пригодени за машинно самообразование и AI. Всичко това, несъмнено, ще коства и нов приток на пари, който ще е друго предизвикателство в близко бъдеще.
Но има и още една специфичност тук. Някои от ръководителите на плановете за екзафлопови изчислителни стратегии споделят, че с ускоряването на изчисленията плановете ще приключват доста по-скоро. А това, съгласно тях, може да остави стотици компютърни учени и инженери без работа.
„ Страхът е, че геният ще напусне изследователските стратегии и ще отиде в компании като NVIDIA, Microsoft и Фейсбук “, споделя Джак Донгара, специалист по високопроизводителни калкулации в Университета на Тенеси, Ноксвил. „ А това е нещо, което мъчно е да се размени “.
Източник: technews.bg
КОМЕНТАРИ