Kõik ei saa aru, miks me vajame kalleid superarvuteid. Võib-olla on see show-off ja raha raiskamine? Proovime selle välja mõelda …
Avaldatud on uus võimsaimate superarvutite Top-500 reiting. Seekord võitis esikoha ameerika auto, lükkades Hiina "kolleegi". IBM on käivitanud võimsaima superarvuti - Summit, mille tellis USA energeetikaministeeriumi Oak Ridge'i riiklik labor. Tema süsteemi jõudluseks hinnati 200 petaflopi (200 kvadriljonit operatsiooni sekundis). Kui Hiina ja USA võitlevad "medalite" nimel, siis Venemaa autod …
… on rahul ainult kaheksandast kümnest. Ilja Plekhanov räägib oma võimaste masinatega arvutivõistlusest ja maailma suurimate riikide uutest võimalustest.
Pärast standardset Linpacki testi, mis kajastab superarvuti tööomadusi, oli Ameerika tippkohtumise tegelik näitaja 122,3 petaflopi, endise meistri, Hiina Sunway TaihuLighti jõudlus oli 93 petaflopi. Nii taastasid USA peopesa kõige produktiivsemates superarvutites, mille kaotasid 2013. aastal Hiinale.
Töötlejate tippkohtumine.
Uus Ameerika tippkohtumine koosneb 4 608 kaheprotsessorilisest IBM AC922 serverist, mida toidavad 22-tuumalised IBM Power9 protsessorid, mõlemat toites 6 NVIDIA Tesla V100 GPU-d. Siseühendused kasutavad Mellanoxi kaherealist EDR InfiniBand võrku 200 Gbps ribalaiusega serveri kohta. Superarvuti töötab Red Hat Enterprise Linux 7.4 opsüsteemis. MIT Technology Review teatas, et tippkohtumine kaalub rohkem kui reisilennuk ja võtab enda alla 2 tenniseväljakut.
Juba enne süsteemi lõplikku valmimist viisid teadlased läbi genoomide arvutused, mille käigus registreeriti tippkohtumisel 1,88 eksemplarit. Oak Ridge'i riikliku laboratooriumi direktori Thomas Zachariahi sõnul on see ajaloos esmakordne kord, kui 1 eksafloksi tõke on purustatud. Talvel ähvardas Hiina selle aasta lõpuks käivitada arvuti, mille jõudlus on 1 eksemplar, see tähendab kvintiljonit (võimsus 10 kuni 18) sekundis, samal ajal kui USA eraldas varem 258 miljonit dollarit superarvuti loomiseks, mille jõudlus oleks 2021 rohkem kui 1 eksemplar. Arengut, nagu 2017. aastal välja kuulutati, viivad läbi kuus Ameerika ettevõtet - Hewlett-Packard, IBM, Intel, NVIDIA, Cray ja AMD.
Superarvuti heli:
Reklaamvideo:
Riigi võimu sümbol
Teise superarvuti ilmumine on omamoodi prestiižne verstapost ja näitaja selle kohta, mida riik saab ära teha, kas tal on ressursse ja oskusi, eelarve sadu miljoneid dollareid kuni üle miljardi superarvuti loomiseks, kas seal on energiavarustust energiavarustuseks, tehnilisi lahendusi soojuse eemaldamiseks, kas neil on oma töötlejad, kvalifitseeritud töötajad ja nii edasi. USA energiasekretär Rick Perry kommenteeris tippkohtumise ilmumist:
Võtmeks võib pidada riikliku julgeoleku küsimust, kuna USA on vähemalt mures Hiina kavatsuse järele saada juhiks tehisintellekti valdkonnas. Lõppude lõpuks tähendab see AI kasutamist sõjaväes.
Teise koha saavutanud Hiina Sunway TaihuLight oli Hiina jaoks läbimurre oma arvutus- ja elementbaasi loomisel. Sunway TaihuLight protsessorid põhinevad kohalikul ShenWei arhitektuuril, mille on välja töötanud Shanghai osariigi kõrgjõudlusega IC disainikeskus. Hiinas töötati välja ka sõlmede protsessorite ühendamise süsteem, mida tuntakse kui Sunway Network. Lisaks on Sunway TaihuLightil oma paralleelsete programmeerimistarkvara standardite, Linuxil põhineva SunWay Raise OS 2.0.5 opsüsteemi, juurutamine. St Hiina suutis ületada oma sõltuvuse Ameerika elementidest ja alates 2015. aastast kehtestatud piirangud kõrgtehnoloogiliste toodete tarnimisele.
Sunway TaihuLight.
Venemaal paigaldati 2009. aastal Moskva Riiklikku Ülikooli Lomonosovi superarvuti, mis sisaldab 6 654 arvutisõlme, enam kui 94 000 protsessori südamikku ja mille tipptulemused on 1,37 Pflops. Süsteemi tegelik jõudlus Linpacki testis on 674 teraflopi, mis võimaldas tal 2011. aasta juunis tõusta 13. kohale maailma kõige produktiivsemate arvutite nimekirjas Top500.
Moskva Riiklik Ülikool teatas 2018. aasta märtsis, et arendus on lõpule jõudnud ja Lomonosov-2 superarvuti uuel lõigul, mille tipptulemused on 1,8 Pflops, on alustatud katsetöid, mis tulevikus võimaldab sellel jõuda 5 Pflopi piiri lähedale. Uus superarvuti sektsioon põhineb Intel Skylake mitmetuumalistel protsessoritel ja NVidia Pascal P100 GPU-del, millel on kiire NVLinki liidese riistvara tugi.
"Lomonosov".
Märtsis esitlesid Moskva piirkonna Dubna tuumauuringute ühise instituudi töötajad uut Govoruni superarvutit, mida kasutatakse tulevase NICA raskete ioonide põrkeseadme andmete töötlemiseks. Govoruni lavastus on 1 petaflops. Superarvuti põhineb 72-tuumalistel Intel Xeon Phi 7290 ja Intel Xeon Gold 6154 protsessoritel.
Superarvutid ilmuvad Venemaal, kuid mitte sellise jõudlusega, et lisada Top500 reitingusse. Selle aasta jaanuaris ütles ICM & MG SB RASi kollektiivse kasutamise keskuse "Siberi superarvuti keskus" tollane kohusetäitja Igor Tšernõkh:
RSK kontserni korporatiivkommunikatsiooni direktori Oleg Gorbatšovi sõnul saaks olukorra parandada riikliku programmiga:
Superarvuti ülesanded
Tohutu hulga andmete ja muutujatega töötamiseks on vaja superarvutit - teabe abil, mida mõõdetakse eksabüaatides (10–18 baiti võimsust) ja yotabaitides (10–24 baiti võimsust). Ja see ei puuduta ainult mahtusid, vaid ka kiirust. Näiteks osutuvad meteoroloogiliste tingimuste arvutused mõttetuks, kui need võtavad kauem aega kui konkreetse ilmastikunähtuse algus.
"Talker".
Veel üks küsimus on see, et raskused tekivad mitte niivõrd operatsioonide arvuga sekundis, vaid nende algoritmide väljatöötamisega, mis nõuavad sellist kiirust ja nii palju protsessoreid. See tähendab, et tehnilised võimalused paranevad, kuid vaja on ka matemaatilisi mudeleid, tarkvara täitmist - mõistmist, kuidas ja mida arvestada.
Füüsikaliste ja matemaatikateaduste doktor, rakendusmatemaatika instituudi juhtivteadur M. V. Keldõš Andrei Kuleshov selgitab superarvuti kasutamise eripära:
Seetõttu usuvad Venemaa teadlased, et Venemaa mahajäämine USAst ja Hiinast petaflopsides pole nii kohutav. Masinate tõhusa kasutamise võti on kõrge matemaatiline tase ja tarkvaraspetsialistide klass Venemaal.
Mida nad praegu teevad
Näiteks Hispaania superarvuti MareNostrum (nagu muistsed paganlikud roomlased kutsusid Vahemerd) asub Torre Girona endise kristliku kabeli ruumides ja seda kasutatakse geenitehnoloogia arvutuste tegemiseks, astrofüüsikuteks, uute ravimite loomiseks ja ilmastiku ennustamiseks.
Kuid mitte kõik ei keskendu ainult suuremahulistele teadusuuringutele. Ettevõtted kasutavad aktiivselt ka superarvuteid. Näiteks kasutab Ford kokkupõrketestides võimsaid autosid, kus autod satuvad takistusse ja tonni parameetreid tuleb filmida, mõõta ja analüüsida. Superarvuti kasutamine võib vähendada õnnetuses kukkunud autode arvu ja testi kulusid kolmandiku võrra, säästes miljoneid dollareid.
Superarvuteid kasutades on DuPont sünteesinud uue materjali, mis on mittesüttiv, korrosioonikindel ja vähetoksiline. Ühe nädala jooksul tehti vajalikud arvutused superarvutil, mille jaoks kulutasid nad kokku umbes 5000 dollarit. Uuring "vanamoodne viis" maksaks vähemalt 50 tuhat dollarit ja kolm kuud tööd.
Kokkupõrketesti simuleerimine superarvuti poolt, võttes arvesse auto kõigi elementide kahjustusi.
Alates 1990. aastast on Wimbledoni tehnoloogiaturniiri partneriks Ameerika ettevõte IBM, mis pakub meistrivõistluste korraldajatele superarvutit Watson. Tema abiga analüüsitakse sotsiaalseid võrgustikke, et tuvastada fännide positiivsed ja negatiivsed meeleolud, anda kommentaatoritele arhiivide võrdlusandmeid ning automatiseerida turundust ja avalikku suhtlust Internetis.
Prantsuse ettevõte Total in oil exploration kasutab aluspinnase kohta teabe analüüsimiseks superarvutit. Modelleerimine võimaldab teil mitte puurida, kui nafta olemasolu osas on kahtlusi. Ühel sellisel juhul päästis puurimisest loobumine ettevõttele umbes 80 miljonit dollarit.
Mis puutub uude Ameerika superarvutisse, siis on mõnel projektil sellel aastal juurdepääs sellele, et modelleerida materjalide subatomaatilist käitumist, tuvastada vähki põhjustavad tegurid ning uurida valkude ja rakusüsteemide koostoimet. Peamine klient 2019. aastal on energeetikaosakond, kes kasutab seda oma alternatiivse energia andmetöötluseks. Tippkohtumist kasutatakse ka tehisintellekti rakendustes 2019. aastal.
Vene superarvuti abiga saadi Moskva Riikliku Ülikooli mehaanika-matemaatikateaduskonna ja Vene Teaduste Akadeemia rakendusmatemaatika instituudi grupist tulemused ülehelikiirusel kasutatavate tipupööriste moodustumise ja arengu numbrilise modelleerimise kohta, RSC Energia vajaduste jaoks töödeldakse seismilisi andmeid, arvutati kosmoseaparaadi ümber toimuva kosmose ümbervoolu aeglustumine atmosfääris ja aeglustus kosmoselaine aeglustuse ajal. Maa. Lomonosov lahendas ka paljutõotava tuumareaktori massi ja soojusülekande probleemi. Aprillis uurisid Moskva Riikliku Ülikooli füüsikateaduskonna teadlased Lomonosov-2 superarvuti arvutisimulatsioonide abil eri tüüpi polümerisatsioonireaktsioone.
RSC Energia montaažikauplus.
Selle aasta kevadel sai teatavaks, et Rosatom ja Roscosmos hakkavad superarvuti simulatsiooni osana katsetama virtuaalses reaalsuses uue Vene ülikerge raketi mootoreid. Projekt algas juba 2014. aastal ja läks maksma peaaegu 270 miljonit rubla. 30. jaanuaril 2018 allkirjastati virtuaalsete testide tarkvara arendamise tööde vastuvõtmise akt.
Mis saab tulevikus
Võimalusi on palju. Superarvuteid saab kasutada meteoroloogiliste prognooside, diagnooside täpsuse suurendamiseks, geenide ja vähi seose tuvastamiseks, turbulentsi, põlemisprotsesside simuleerimiseks, uute materjalide, uute ravimite väljatöötamiseks, uue tehnoloogia töö simuleerimiseks, tahkete ainete deformatsioonide arvutamiseks, võttes arvesse hävitamisprotsesse, kontroll droonide üle, moodsate relvade kasutamise modelleerimine, satelliitide ja droonide andmete analüüsimine, krüptograafia, elektromagnetilise kiirguse mõju modelleerimine komposiitmaterjalidele (eriti õhusõidukite kattekihtidele), ajutöö modelleerimine jne.
Superarvutid osalevad Hiinas ka isiksuse profileerimisel ning näotuvastussüsteemide, tegevuse jälgimise ja sotsiaalsete hinnangute juurutamisel. Mõnede prognooside kohaselt suudavad superarvutid Maa kogu ilmastiku süsteemi täpselt simuleerida pärast seda, kui nad saavutavad jõudluse, mis ületab 1 zetaflopi (1000 exaflops). Selliste masinate ilmumist on oodata 2030. aastaks.
Jälgimissüsteem Hiinas Guiyangis.
Kellel on juurdepääs
Oluline pole mitte ainult parima superarvuti jõudlus, vaid ka masinate koguarv riigis ja nende saadavus. Mida rohkem andmekeskusi, seda rohkem organisatsioone ja asutusi neile juurde pääseb, seda laiemat valikut ülesandeid saab lahendada.
Venemaal kasutavad Moskva ülikooli vaid ühe superarvuti kompleksi võimalusi 2500 spetsialisti Moskva Riikliku Ülikooli 20 osakonnast, Vene Teaduste Akadeemia enam kui 100 instituudist ja enam kui 100 Venemaal asuvast ülikoolist.
Top500 projekti kohaselt on riik, kus selle aasta juuni seisuga on kõige rohkem ülivõimasid arvuteid, Hiina: sellele kuulub edetabelis 206 superarvutit (kuus kuud tagasi oli seal 201 süsteemi). Samal ajal vähendasid Ameerika Ühendriigid oma osa reitingus 143-lt süsteemilt 124-ni. Kuid võib märkida, et riigi kõigi süsteemide kogutootluse osas ületasid USA seekord Hiinat. Ameerika kogutootlikkus on 38,2% Top500 kogu tootlikkusest, Hiina aga 29,1%.
Superarvutite võimsuse keskmine kasv maailmas.
Jaapan (36 süsteemi), Suurbritannia (22 süsteemi), Saksamaa (21 süsteemi), Prantsusmaa (18 süsteemi) jäävad Hiina ja USA superarvutite arvu poolest taha.
Venemaal on edetabelis neli superarvutit - üks rohkem kui eelmises nimekirjas kuus kuud tagasi. Lomonosov-2 sai 72. koha, arvuti Roshydrometis - 172., Lomonosov - 326. positsioon, superarvuti Kurchatovi instituudis - reitingu 458. rida.
Mis järgmiseks?
Ja siis teevad arenenud riigid tööd olemasolevate superarvutite füüsiliste piirangute ületamiseks. Ettevõtted keskenduvad selliste tehnoloogiate loomisele nagu ränifotoonika, neuromorfne ja kvantarvutus, bioarvutid ja rakuarvutid. Näiteks 2014. aastal käivitas IBM esimestes valdkondades uurimisprogrammid, mille rahastamise maht oli 3 miljardit dollarit.
Uute materjalide ja tehnoloogiate väljatöötamise kiirendamine superarvutite abil erinevates suundades võib lõppkokkuvõttes anda kumulatiivse hiiglasliku tõuke riikide arengule ja nende tehnoloogilisele eraldumisele konkurentidest. Arvutitootlikkuse kiiret kasvu nimetatakse isegi tsivilisatsiooni arengu revolutsiooniks.
Ilja Plekhanov
