Какво можем да очакваме от най-бързите суперкомпютри в света?
Способността на най-бързия суперкомпютър в света да пресмята цифри е сложна за пояснение, само че компютърният академик Джак Донгара от University of Tennessee го разказва пред MIT Technology Review по този начин: " Ако всички на Земята правеха по едно пресмятане в секунда, щяха да са нужни четири години, с цел да се изравнят с това, което този компютър може да направи за една секунда. " Въпросният суперкомпютър се назовава Frontier и заема повърхност на два тенис корта в Oak Ridge National Laboratory в Тенеси, където е показан през май 2022 г. Ето още някои спецификации: Frontier употребява почти 50 000 процесора, спрямо 16 или 24 процесора на най-мощния преносим компютър. Той употребява 20 милиона вата, спрямо към 65 вата на един преносим компютър. Изграждането му коства 600 милиона $. С стартирането на Frontier в употреба се слага началото на така наречен екзамащабни калкулации с машини, които могат да извършват екзафлоп - или квинтилион интервенции в секунда. От представянето му насам учените се приготвят за основаването на още такива извънредно бързи компютри, като през 2024 година в Съединени американски щати и Европа би трябвало да проработят няколко екзаскейл машини. Но скоростта сама по себе си не е крайната цел на играта, показва още MIT Technology Review. Изследователите основават екзамащабни компютри, с цел да изследват недостъпни до момента научни и инженерни въпроси в региона на биологията, климата, астрономията и така нататък През идващите няколко години учените ще употребяват Frontier, с цел да извършват най-сложните компютърни симулации, които хората в миналото са създавали. Те се надяват да намерят отговори на към момента неизяснени въпроси, свързани със заобикалящия ни свят, и да разработят нови технологии в разнообразни области - от превоза до медицината.
Еван Шнайдер от University of Pittsburgh да вземем за пример употребява Frontier, с цел да симулира по какъв начин нашата вселена се е развивала с течение на времето. В частност тя се интересува от потока на газ в и отвън Млечния път. Галактиката в прочут смисъл диша - в нея се влива газ, който посредством гравитацията се слива в звезди, само че газът също по този начин изтича, когато звездите експлодират и освобождават материя. Шнайдер учи механизмите, посредством които галактиките “издишват ” този газ.
" Можем да съпоставяме симулациите с действително следената Вселена и това ни дава визия дали сме разбрали вярно физиката ", споделя Шнайдер. Тя разчита на Frontier, с цел да построи компютърен модел на Млечния път с задоволително висока разграничителна дарба, с цел да може да следи обособените експлодиращи звезди. Това значи, че моделът би трябвало да улови широкомащабните свойства на нашата вселена на 100 000 светлинни години, както и свойствата на свръхновите на към 10 светлинни години. " Това в действителност не е правено ", споделя тя и изяснява достижението си във връзка с разграничителната дарба по този начин: “Това би било аналогично на основаването на физически прецизен модел на кутия бира дружно с обособените кафези на дрождите в нея и взаимоотношенията сред тях във всеки промеждутъчен мащаб ”. Стефан Прибе, старши инженер в GE, употребява Frontier за преструване на аеродинамиката на идващото потомство самолетни структури. За да усили горивната успеваемост, GE изследва дизайн на мотор, прочут като " отворена архитектура на вентилатора ". Реактивните мотори употребяват вентилатори, с цел да генерират двигателна сила, а по-големите вентилатори значат по-висока успеваемост. За да бъдат те още по-големи, инженерите оферират да се отстрани външната структурна рамка, известна като гондола, тъй че лопатките да бъдат открити като при зъбчато колело. " Симулациите ни разрешават да получим подробна визия за аеродинамичните характерности на ранен стадий от проектирането ", споделя Прибе, като прибавя, че те също по този начин дават на инженерите визия по какъв начин да оформят перките на вентилатора за по-добра аеродинамика или с цел да ги създадат по-тихи.
Суперкомпютърът ще бъде от особена изгода за изследванията на Прибе във връзка с турбулентността - безредното придвижване на флуиди, в този случай въздух, към вентилатора.
Турбулентността е постоянно срещано събитие. Виждаме я в разбиването на океанските талази и в дима, който се издига от угасена свещ. Но учените към момента се затрудняват да предскажат по какъв начин тъкмо ще протече турбулентният флуид, защото той се движи в отговор както на макроскопични въздействия, като да вземем за пример промени в налягането и температурата, по този начин и на микроскопични въздействия, като да вземем за пример триенето на обособените молекули азот във въздуха. Взаимодействието на силите в разнообразни мащаби усложнява флуидното придвижване, показват от MIT Technology Review. " По време на моята аспирантура един професор един път ми сподели: " Бронсън, в случай че някой ти каже, че схваща от турбулентност, би трябвало да сложиш едната си ръка на портфейла и да излезеш от стаята, тъй като се пробва да ти продаде нещо ", споделя астрофизикът Бронсън Месър, теоретичен шеф в Oak Ridge Leadership Computing Facility, където се обитава Frontier. " Никой не схваща турбуленцията. Това в действителност е последният огромен проблем на класическата физика. " Тези научни проучвания илюстрират мощната страна на суперкомпютрите: симулирането на физически обекти в голям брой мащаби по едно и също време. Други приложения са гранични с тази тематика. Frontier да вземем за пример дава опция за по-точни климатични модели, които би трябвало да симулират времето в разнообразни пространствени мащаби по цялата планета, а също и в дълги и къси времеви мащаби. Физиците могат също по този начин да симулират нуклеарен синтез - турбулентен развой, при който Слънцето генерира сила посредством прилепяне на атоми, с цел да се образуват разнообразни детайли. Те желаят да схванат по-добре този развой, с цел да развият термоядрения синтез като чиста енергийна технология. И въпреки че този тип многомащабни симулации са съществена част от суперкомпютрите от доста години, Frontier може да извършва доста по-широк набор от симулации от всеки от своите прародители. За да употребяват Frontier, учените, които получават достъп до него, влизат в суперкомпютъра от разстояние, като подават дилемите си по интернет. А с цел да могат те да се възползват оптимално от машината, домакините от Oak Ridge National Laboratory се стремят към 90% от процесорите на суперкомпютъра да правят калкулации 24 часа в денонощието, седем дни в седмицата. " Навлизаме в такова устойчиво положение, при което непрестанно вършим научни симулации в продължение на няколко години ", споделя Месер.
Потребителите съхраняват данните си в оборудване на лабораторията, което има потенциал 700 петабайта, еквивалент на към 700 000 портативни твърди диска.
Нови супербързи суперкомпютри Въпреки че Frontier е първият екзамащабен суперкомпютър, занапред се чака да се появят още такива платформи. В Съединени американски щати откривателите сега конфигурират две сходни машини, които ще могат да работят на повече от два екзафлопа -Aurora, в Argonne National Laboratory в Илинойс, и El Capitan, в Lawrence Livermore National Laboratory в Калифорния. От началото на 2024 година учените възнамеряват да употребяват Aurora за основаване на карти на невроните в мозъка и за търсене на катализатори, които биха могли да създадат по-ефективни промишлени процеси като производството на торове. El Capitan, който също е планувано да проработи през 2024 година, ще симулира проби на нуклеарни оръжия, с цел да помогне на държавното управление на Съединени американски щати да поддържа запасите си без действителни тествания. Междувременно Европа възнамерява да пусне в употреба първия си екзамащабен суперкомпютър - Jupiter, в края на 2024 г. Предполага се, че Китай също разполага с екзамащабни суперкомпютри, само че не е разгласил резултати от общоприети сравнителни проби за тяхната продуктивност, заради което компютрите не попадат в TOP500 - лист на най-бързите суперкомпютри в света, който се осъвременява на всеки шест месеца. " Китайците се притесняват, че Съединени американски щати ще наложат спомагателни ограничавания във връзка с технологиите, които отиват към страната, и не желаят да разкриват какъв брой от тези високопроизводителни машини са налични там ", споделя Донгара, който е създал листата с условия, които суперкомпютрите би трябвало да изпълнят, с цел да попаднат в TOP500.
Гладът за повече изчислителна мощност обаче не стопира до екзаскейл суперкомпютрите. В Oak Ridge към този момент обмислят идващото потомство компютри, които се чака да имат от три до пет пъти по-голяма изчислителна мощ от Frontier. Пред тях обаче се обрисува едно огромно предизвикателство - големият енергиен отпечатък. Енергията, която Frontier употребява, даже когато работи на луфт, е задоволителна за действието на хиляди семейства, а това прави непрекъснатото нарастване на изчислителните благоприятни условия неустойчиво.
Затова и инженерите на лабораторията работят за възстановяване на успеваемостта на машините с разнообразни нововъведения, в това число нов способ за изстудяване. Summit, предшественикът на Frontier, който към момента работи в Oak Ridge, изразходва към 10% от общата си консумация на сила, с цел да се охлажда. За съпоставяне, едвам 3-4% от потреблението на сила на Frontier е ориентирана към тази активност. Това усъвършенстване се дължи на потреблението на вода с температура на околната среда за изстудяване на суперкомпютъра, а не на охладена такава. Суперкомпютрите от последващо потомство ще могат да симулират още повече мащаби по едно и също време. С Frontier да вземем за пример симулацията на галактиката на Шнайдер има разграничителна дарба до десетки светлинни години. Това към момента не е задоволително, с цел да се стигне до мащаба на обособените свръхнови, тъй че откривателите би трябвало да симулират детонациите една след друга. Един предстоящ суперкомпютър може да успее да сплоти всички тези мащаби. “Като симулират по-реалистично сложността на природата и технологиите, тези суперкомпютри уголемяват границите на науката. Една по-реалистична симулация на вселена доближава учените до необятността на Вселената. Прецизният модел на въздушната турбуленция към самолетен вентилатор пък заобикаля нуждата от създаване на скъпоструващи тунели за проби на аеродинамиката. По-добрите климатични модели на собствен ред оказват помощ на учените да предвиждат по-точно ориста на нашата планета. С други думи, суперкомпютрите ни дават нов инструмент, с цел да се подготвим за едно нестабилно бъдеще ”, написа в умозаключение MIT Technology Review.
Еван Шнайдер от University of Pittsburgh да вземем за пример употребява Frontier, с цел да симулира по какъв начин нашата вселена се е развивала с течение на времето. В частност тя се интересува от потока на газ в и отвън Млечния път. Галактиката в прочут смисъл диша - в нея се влива газ, който посредством гравитацията се слива в звезди, само че газът също по този начин изтича, когато звездите експлодират и освобождават материя. Шнайдер учи механизмите, посредством които галактиките “издишват ” този газ.
" Можем да съпоставяме симулациите с действително следената Вселена и това ни дава визия дали сме разбрали вярно физиката ", споделя Шнайдер. Тя разчита на Frontier, с цел да построи компютърен модел на Млечния път с задоволително висока разграничителна дарба, с цел да може да следи обособените експлодиращи звезди. Това значи, че моделът би трябвало да улови широкомащабните свойства на нашата вселена на 100 000 светлинни години, както и свойствата на свръхновите на към 10 светлинни години. " Това в действителност не е правено ", споделя тя и изяснява достижението си във връзка с разграничителната дарба по този начин: “Това би било аналогично на основаването на физически прецизен модел на кутия бира дружно с обособените кафези на дрождите в нея и взаимоотношенията сред тях във всеки промеждутъчен мащаб ”. Стефан Прибе, старши инженер в GE, употребява Frontier за преструване на аеродинамиката на идващото потомство самолетни структури. За да усили горивната успеваемост, GE изследва дизайн на мотор, прочут като " отворена архитектура на вентилатора ". Реактивните мотори употребяват вентилатори, с цел да генерират двигателна сила, а по-големите вентилатори значат по-висока успеваемост. За да бъдат те още по-големи, инженерите оферират да се отстрани външната структурна рамка, известна като гондола, тъй че лопатките да бъдат открити като при зъбчато колело. " Симулациите ни разрешават да получим подробна визия за аеродинамичните характерности на ранен стадий от проектирането ", споделя Прибе, като прибавя, че те също по този начин дават на инженерите визия по какъв начин да оформят перките на вентилатора за по-добра аеродинамика или с цел да ги създадат по-тихи.
Суперкомпютърът ще бъде от особена изгода за изследванията на Прибе във връзка с турбулентността - безредното придвижване на флуиди, в този случай въздух, към вентилатора.
Турбулентността е постоянно срещано събитие. Виждаме я в разбиването на океанските талази и в дима, който се издига от угасена свещ. Но учените към момента се затрудняват да предскажат по какъв начин тъкмо ще протече турбулентният флуид, защото той се движи в отговор както на макроскопични въздействия, като да вземем за пример промени в налягането и температурата, по този начин и на микроскопични въздействия, като да вземем за пример триенето на обособените молекули азот във въздуха. Взаимодействието на силите в разнообразни мащаби усложнява флуидното придвижване, показват от MIT Technology Review. " По време на моята аспирантура един професор един път ми сподели: " Бронсън, в случай че някой ти каже, че схваща от турбулентност, би трябвало да сложиш едната си ръка на портфейла и да излезеш от стаята, тъй като се пробва да ти продаде нещо ", споделя астрофизикът Бронсън Месър, теоретичен шеф в Oak Ridge Leadership Computing Facility, където се обитава Frontier. " Никой не схваща турбуленцията. Това в действителност е последният огромен проблем на класическата физика. " Тези научни проучвания илюстрират мощната страна на суперкомпютрите: симулирането на физически обекти в голям брой мащаби по едно и също време. Други приложения са гранични с тази тематика. Frontier да вземем за пример дава опция за по-точни климатични модели, които би трябвало да симулират времето в разнообразни пространствени мащаби по цялата планета, а също и в дълги и къси времеви мащаби. Физиците могат също по този начин да симулират нуклеарен синтез - турбулентен развой, при който Слънцето генерира сила посредством прилепяне на атоми, с цел да се образуват разнообразни детайли. Те желаят да схванат по-добре този развой, с цел да развият термоядрения синтез като чиста енергийна технология. И въпреки че този тип многомащабни симулации са съществена част от суперкомпютрите от доста години, Frontier може да извършва доста по-широк набор от симулации от всеки от своите прародители. За да употребяват Frontier, учените, които получават достъп до него, влизат в суперкомпютъра от разстояние, като подават дилемите си по интернет. А с цел да могат те да се възползват оптимално от машината, домакините от Oak Ridge National Laboratory се стремят към 90% от процесорите на суперкомпютъра да правят калкулации 24 часа в денонощието, седем дни в седмицата. " Навлизаме в такова устойчиво положение, при което непрестанно вършим научни симулации в продължение на няколко години ", споделя Месер.
Потребителите съхраняват данните си в оборудване на лабораторията, което има потенциал 700 петабайта, еквивалент на към 700 000 портативни твърди диска.
Нови супербързи суперкомпютри Въпреки че Frontier е първият екзамащабен суперкомпютър, занапред се чака да се появят още такива платформи. В Съединени американски щати откривателите сега конфигурират две сходни машини, които ще могат да работят на повече от два екзафлопа -Aurora, в Argonne National Laboratory в Илинойс, и El Capitan, в Lawrence Livermore National Laboratory в Калифорния. От началото на 2024 година учените възнамеряват да употребяват Aurora за основаване на карти на невроните в мозъка и за търсене на катализатори, които биха могли да създадат по-ефективни промишлени процеси като производството на торове. El Capitan, който също е планувано да проработи през 2024 година, ще симулира проби на нуклеарни оръжия, с цел да помогне на държавното управление на Съединени американски щати да поддържа запасите си без действителни тествания. Междувременно Европа възнамерява да пусне в употреба първия си екзамащабен суперкомпютър - Jupiter, в края на 2024 г. Предполага се, че Китай също разполага с екзамащабни суперкомпютри, само че не е разгласил резултати от общоприети сравнителни проби за тяхната продуктивност, заради което компютрите не попадат в TOP500 - лист на най-бързите суперкомпютри в света, който се осъвременява на всеки шест месеца. " Китайците се притесняват, че Съединени американски щати ще наложат спомагателни ограничавания във връзка с технологиите, които отиват към страната, и не желаят да разкриват какъв брой от тези високопроизводителни машини са налични там ", споделя Донгара, който е създал листата с условия, които суперкомпютрите би трябвало да изпълнят, с цел да попаднат в TOP500.
Гладът за повече изчислителна мощност обаче не стопира до екзаскейл суперкомпютрите. В Oak Ridge към този момент обмислят идващото потомство компютри, които се чака да имат от три до пет пъти по-голяма изчислителна мощ от Frontier. Пред тях обаче се обрисува едно огромно предизвикателство - големият енергиен отпечатък. Енергията, която Frontier употребява, даже когато работи на луфт, е задоволителна за действието на хиляди семейства, а това прави непрекъснатото нарастване на изчислителните благоприятни условия неустойчиво.
Затова и инженерите на лабораторията работят за възстановяване на успеваемостта на машините с разнообразни нововъведения, в това число нов способ за изстудяване. Summit, предшественикът на Frontier, който към момента работи в Oak Ridge, изразходва към 10% от общата си консумация на сила, с цел да се охлажда. За съпоставяне, едвам 3-4% от потреблението на сила на Frontier е ориентирана към тази активност. Това усъвършенстване се дължи на потреблението на вода с температура на околната среда за изстудяване на суперкомпютъра, а не на охладена такава. Суперкомпютрите от последващо потомство ще могат да симулират още повече мащаби по едно и също време. С Frontier да вземем за пример симулацията на галактиката на Шнайдер има разграничителна дарба до десетки светлинни години. Това към момента не е задоволително, с цел да се стигне до мащаба на обособените свръхнови, тъй че откривателите би трябвало да симулират детонациите една след друга. Един предстоящ суперкомпютър може да успее да сплоти всички тези мащаби. “Като симулират по-реалистично сложността на природата и технологиите, тези суперкомпютри уголемяват границите на науката. Една по-реалистична симулация на вселена доближава учените до необятността на Вселената. Прецизният модел на въздушната турбуленция към самолетен вентилатор пък заобикаля нуждата от създаване на скъпоструващи тунели за проби на аеродинамиката. По-добрите климатични модели на собствен ред оказват помощ на учените да предвиждат по-точно ориста на нашата планета. С други думи, суперкомпютрите ни дават нов инструмент, с цел да се подготвим за едно нестабилно бъдеще ”, написа в умозаключение MIT Technology Review.
Източник: profit.bg
КОМЕНТАРИ