Ikke alle forstår hvorfor vi trenger noen dyre superdatamaskiner. Kanskje det er en show-off og bortkastet penger? La oss prøve å finne ut av det …
En ny Top-500-vurdering av verdens kraftigste superdatamaskiner har blitt publisert. Denne gangen tok den amerikanske bilen førsteplassen, og presset den kinesiske "kollegaen". IBM har lansert den kraftigste superdatamaskinen Summit, bestilt av det amerikanske energidepartementets Oak Ridge National Laboratory. Ytelsen til systemet hans ble estimert til 200 petaflops (200 quadrillion operasjoner per sekund). Mens Kina og USA kjemper om "medaljer", russiske biler …
… er fornøyd med bare et sted i åttende ti. Ilya Plekhanov snakker om databehandlingsløpet og de nye mulighetene til verdens største land med sine kraftige maskiner.
Etter standard Linpack-testen, som fanger driftsytelsen til en superdatamaskin, var den virkelige indikatoren for det amerikanske toppmøtet 122,3 petaflops, mens ytelsen til den tidligere mesteren, Kinas Sunway TaihuLight, var 93 petaflops. Så USA tok igjen håndflaten i de mest produktive superdatamaskiner, som de tapte for Kina i 2013.
Prosessortoppmøte.
Det nye USA-toppmøtet består av 4.608 dual-prosessor IBM AC922-servere basert på 22-kjerners IBM Power9-prosessorer, hver drevet av 6 NVIDIA Tesla V100 GPUer. Interne tilkoblinger bruker et Mellanox dual-rail EDR InfiniBand-nettverk med 200 Gbps båndbredde per server. Superdatamaskinen kjører på Red Hat Enterprise Linux 7.4 operativsystem. MIT Technology Review rapporterer at toppmøtet veier mer enn en passasjerfly og har to tennisbaner.
Allerede før den endelige ferdigstillelsen av systemet kjørte forskerne beregninger mot genom, der de registrerte toppmøtets ytelse på 1,88 exaflops. Dette er første gang i historien som 1 eksaflopsbarrieren er blitt brutt, ifølge Thomas Zachariah, direktør for Oak Ridge National Laboratory. Om vinteren truet Kina med å lansere en datamaskin med en ytelse på 1 eksaflops innen utgangen av dette året, det vil si en kvintillion (10 til 18. makten) av operasjoner per sekund, mens USA tidligere bevilget 258 millioner dollar for å lage en superdatamaskin med en ytelse på mer enn 1 exaflops innen 2021. Utvikling, som kunngjort i 2017, blir utført av seks amerikanske selskaper - Hewlett-Packard, IBM, Intel, NVIDIA, Cray og AMD.
Superdatamaskin løpe lyd:
Salgsfremmende video:
Symbolet for landets makt
Fremveksten av en annen superdatamaskin er en slags prestisjetung milepæl og en indikator på hva et land kan gjøre, har det ressurser og ferdigheter, et budsjett fra hundrevis av millioner dollar til over en milliard for å lage en superdatamaskin, er det energikapasitet for strømforsyning, tekniske løsninger for varmefjerning, har de egne prosessorer, kvalifisert personell og så videre. Den amerikanske energisekretæren Rick Perry kommenterte toppmøtets utseende:
Det er spørsmålet om nasjonal sikkerhet som kan betraktes som nøkkelen, siden USA i det minste er bekymret for Kinas intensjon om å bli ledende innen kunstig intelligens. Tross alt betyr dette bruken av AI i den militære sfære.
Den kinesiske Sunway TaihuLight, som gikk på andreplass, var et gjennombrudd for Kina i å lage sin egen databehandlings- og elementbase. Sunway TaihuLight-prosessorer er basert på den lokale ShenWei-arkitekturen utviklet av Shanghai State High Performance IC Design Center. Systemet for inter-prosessor-sammenkobling av noder, kjent som Sunway Network, ble også utviklet i Kina. I tillegg har Sunway TaihuLight sin egen implementering av den parallelle programmeringsprogramvarestandarden, det Linux-baserte SunWay Raise OS 2.0.5-operativsystemet. Det vil si at Kina var i stand til å overvinne sin avhengighet av amerikanske elementer og de pålagte begrensningene i forsyningen av høyteknologiske produkter siden 2015.
Sunway TaihuLight.
I Russland ble Lomonosov superdatamaskin i 2009 installert ved Moskva statsuniversitet, som inneholder 6 654 databehandlingsnoder, mer enn 94 000 prosessorkjerner, og har en toppytelse på 1,37 Pflops. Den faktiske ytelsen til systemet på Linpack-testen er 674 teraflops, som tillot det å ta 13. plass på listen over Top500 mest produktive datamaskiner i verden i juni 2011.
I mars 2018 kunngjorde Moskva statsuniversitet at utviklingen var fullført, og prøveoperasjonen av en ny seksjon av Lomonosov-2 superdatamaskinen med en toppytelse på 1,8 Pflops begynte, som i fremtiden vil tillate den å komme nær 5 Pflops-grensen. Den nye superdatardelen er basert på Intel Skylake multikjerneprosessorer og NVidia Pascal P100 GPUer med maskinvarestøtte for høyhastighets NVLink-grensesnittet.
"Lomonosov".
I mars presenterte ansatte ved Joint Institute for Nuclear Research i Moskva-byen Dubna en ny superdatamaskin "Govorun", som skal brukes til å behandle data fra den fremtidige tungioncollideren NICA. Govoruns ytelse er 1 petaflops. Superdatamaskinen er basert på 72-kjerne Intel Xeon Phi 7290 og Intel Xeon Gold 6154-prosessorer.
Superdatamaskiner vises i Russland, men ikke med slik ytelse at de blir inkludert i Top500-vurderingen. I januar i år sa Igor Chernykh, daværende fungerende sjef for Center for Collective Use "Siberian Supercomputer Center" fra ICM & MG SB RAS:
I følge Oleg Gorbatsjov, direktør for bedriftskommunikasjon i RSK-gruppen, kan situasjonen rettes opp av det nasjonale programmet:
Superdataarppgaver
En superdatamaskin er nødvendig for å kunne jobbe med en enorm mengde data og variabler - med informasjon målt i exabyte (10 til 18. byteeffekt) og i yottabyte (10 til 24. bytekraft). Og det handler ikke bare om volumer, men også om hastighet. For eksempel vil beregninger av meteorologiske forhold vise seg å være meningsløse hvis de tar lengre tid enn begynnelsen av et bestemt værfenomen.
"Talker".
Et annet spørsmål er at vanskeligheter ikke oppstår så mye med antall operasjoner per sekund, men med utdypingen av de algoritmene som krever slike hastigheter og et slikt antall prosessorer. Det vil si at de tekniske mulighetene forbedres, men de trenger også matematiske modeller, programvarefylling - en forståelse av hvordan og hva du skal telle.
Doctor in Physical and Mathematical Sciences, sjefforsker ved Institutt for anvendt matematikk M. V. Keldysh Andrey Kuleshov forklarer hva detaljene ved bruk av superdatateknologi er:
Derfor mener russiske forskere at Russlands etterslep etter USA og Kina i petaflops ikke er så forferdelig. Nøkkelen til effektiv bruk av maskiner er et høyt matematisk nivå og en klasse programvarespesialister i Russland.
Hva gjør de nå
Den spanske superdatamaskinen MareNostrum (som de eldgamle hedenske romerne kalte Middelhavet) ligger for eksempel i lokalene til det tidligere kristne kapellet Torre Girona og brukes til gentekniske beregninger, astrofysikere, i opprettelsen av nye medisiner og til værvarsling.
Men ikke alt er fokusert bare på storstilt vitenskapelig forskning. Business bruker også aktivt superdatamaskiner. For eksempel bruker Ford kraftige biler i kollisjonstester, der biler krasjer i et hinder og massevis av parametere må filmes, måles og analyseres. Å bruke en superdatamaskin kan redusere antallet ekte biler som krasjet og teste kostnader med en tredjedel, og spare millioner av dollar.
Ved bruk av superdatamaskiner har DuPont syntetisert et nytt materiale som er ikke-brennbart, korrosjonsbestandig og lite giftig. I løpet av en uke ble de nødvendige beregningene utført på en superdatamaskin, som de til sammen brukte rundt 5000 dollar. Studien "den gammeldagse måten" ville koste minst 50 000 dollar og tre måneders arbeid.
Simulering av en krasjetest av en superdatamaskin som tar hensyn til skaden på alle elementene i bilen.
Siden 1990 er partneren til Wimbledon-turneringen innen teknologi det amerikanske selskapet IBM, som forsyner arrangørene av mesterskapet med superdatamaskinen Watson. Med sin hjelp blir sosiale nettverk analysert for å identifisere positive og negative stemninger hos fans, gi kommentatorer alle komparative data fra arkivene, og automatisere markedsføring og PR på Internett.
Det franske selskapet Total in oil leting bruker en superdatamaskin for å analysere informasjon om undergrunnen. Modellering lar deg ikke ty til boring når det er tvil om tilstedeværelsen av olje. I et slikt tilfelle sparte selskapet cirka 80 millioner dollar ved å forlate boringen.
Når det gjelder den nye amerikanske superdatamaskinen, vil noen prosjekter ha tilgang til det i år for å modellere den subatomære atferden til materialer, identifisere faktorer som forårsaker kreft, og studere samspillet mellom proteiner og cellulære systemer. Hovedkunden i 2019 vil være energidepartementet, som bruker den til sin alternative energiregning. Summit vil også bli brukt i applikasjoner med kunstig intelligens i 2019.
Ved hjelp av en russisk superdatamaskin, gruppen fra Fakultet for mekanikk og matematikk ved Moskva statsuniversitet og Institutt for anvendt matematikk ved det russiske vitenskapsakademiet, oppnådde resultater om numerisk modellering av dannelse og utvikling av spissvorter i supersoniske modus, seismiske data ble behandlet, for behovene til RSC Energia, beregninger av strømmen rundt et romskip under utbredelse i overflaten Jord. Lomonosov løste også problemet med masse og varmeoverføring for en lovende atomreaktor. I april undersøkte forskere fra det fysiske fakultetet ved Moskva statsuniversitet forskjellige typer polymerisasjonsreaksjoner ved hjelp av datasimuleringer på Lomonosov-2 superdatamaskinen.
Monteringsbutikk til RSC Energia.
Våren i år ble det kjent at Rosatom og Roscosmos begynner å teste motorer for en ny russisk supertung rakett i virtuell virkelighet som del av en superdatasimulering. Prosjektet startet tilbake i 2014 og kostet nesten 270 millioner rubler. 30. januar 2018 ble det undertegnet en aksept av verk for utvikling av programvare for virtuelle tester.
Hva kan i fremtiden
Det er mange alternativer. Superdatamaskiner kan brukes til å øke nøyaktigheten til meteorologiske prognoser, diagnoser, for å identifisere forholdet mellom gener og kreft, for å simulere turbulens, forbrenningsprosesser, for å utvikle nye materialer, nye medisiner, for å simulere arbeidet med ny teknologi, for å beregne deformasjoner av faste stoffer under hensyntagen til ødeleggelsesprosesser, kontroll over droner, simulere bruk av moderne våpen, for å analysere data fra satellitter og droner, kryptografi, simulere effekten av elektromagnetisk stråling på komposittmaterialer (spesielt på flybelegg), simulere hjernefunksjon, og så videre.
Superdatamaskiner vil også være involvert i personlighetsprofilering og implementering av ansiktsgjenkjenningssystemer, aktivitetsovervåking og sosial vurdering i Kina. I følge noen prognoser vil superdatamaskiner være i stand til å simulere hele værsystemet på jorden etter at de oppnår ytelse i overkant av 1 zetaflops (1000 exaflops). Utseendet til slike maskiner forventes innen 2030.
Sporingssystem i Guiyang, Kina.
Hvem har tilgang
Det er ikke bare ytelsen til den beste superdatamaskinen som betyr noe, men også det totale antallet maskiner i landet og tilgjengeligheten deres. Jo flere datasentre, jo flere organisasjoner og institusjoner som har tilgang til dem, det bredere spekter av oppgaver kan løses.
I Russland brukes kapasitetene til bare ett superdatakompleks ved Moskva universitet for tiden av 2500 spesialister fra 20 avdelinger ved Moskva statsuniversitet, mer enn 100 institutter ved det russiske vitenskapsakademiet og mer enn 100 universiteter i Russland.
I følge Top500-prosjektet er landet med det største antallet superkraftige datamaskiner fra juni i år Kina: det eier 206 superdatamaskiner fra rangeringen (for seks måneder siden var det 201 systemer). Samtidig reduserte USA sin andel i rangeringen fra 143 systemer til 124. Men det kan bemerkes at når det gjelder den samlede ytelsen til alle systemer i landet, overtok USA Kina denne gangen. Amerikas totale produktivitet er 38,2% av Top500s totale produktivitet, mens Kinas er 29,1%.
Den gjennomsnittlige økningen i kraften til superdatamaskiner i verden.
Japan (36 systemer), Storbritannia (22 systemer), Tyskland (21 systemer), Frankrike (18 systemer) står bak Kina og USA når det gjelder antall superdatamaskiner.
Russland har fire superdatamaskiner i rangeringen - en mer enn på den forrige listen for et halvt år siden. Lomonosov-2 tok 72. plass, en datamaskin i Roshydromet - 172, Lomonosov - 326. plassering, en superdatamaskin i Kurchatov Institute - 458. rangering.
Hva blir det neste?
Og så vil de avanserte landene arbeide for å overvinne de fysiske begrensningene til eksisterende superdatamaskiner. Bedriftene vil fokusere på å lage teknologier som silisiumfotonikk, nevromorfisk og kvanteberegning, biodatamaskiner og mobiltelefoner. I 2014 lanserte for eksempel IBM forskningsprogrammer i de første områdene med et finansieringsvolum på 3 milliarder dollar.
Akselerasjonen av utviklingen av nye materialer og teknologier ved hjelp av superdatamaskiner i forskjellige retninger kan til slutt gi en kumulativ gigantisk drivkraft til utviklingen av land og deres teknologiske separasjon fra konkurrenter. Den raske veksten av datamaskinproduktivitet kalles til og med en revolusjon i utviklingen av sivilisasjonen.
Ilya Plekhanov
