Til hvers er það notað? Frontier, öflugasta og hraðskreiðasta ofurtölva í heimi sem starfar á Oak Ridge National Laboratory? Frá reactor líkan til loftslagsspáa.
Þessi spurning hefur víðara samhengi. Ég er oft spurður hvers vegna við smíðum svona öflugar vélar yfirhöfuð, ef hvert og eitt okkar getur átt tölvu? Auðvitað eru ofurtölvur mjög dýrar vélar sem eyða gífurlegri orku en það sem við fáum úr þeim er miklu verðmætara. Í dag mun ég reyna að útskýra það með því að nota dæmið um Frontier ofurtölvuna.
Einnig áhugavert: Saga OpenAI: Hvað það var og hvað er framundan hjá fyrirtækinu
Af hverju þurfum við ofurtölvur?
Í stuttu máli geta ofurtölvur unnið úr gríðarstórum upplýsingastraumum. Heimurinn okkar er að breytast mjög hratt, mannkynið hefur búið til risastóran gagnagrunn sem þarf að vinna, greina, flokka, vista, loksins. Þetta mun hjálpa okkur til dæmis að fá ný, ódýrari og skilvirkari lyf, endingarbetra efni, spá fyrir um loftslagsbreytingar í áratugi o.s.frv. Ofurtölvur gera okkur kleift að móta hegðun hluta sem við ætlum að smíða, eins og samrunakljúfa. Og þetta eru aðeins nokkur dæmi um notkun hröðustu ofurtölvanna. Já, þeir eru mjög dýrir í framleiðslu og viðhaldi, en þeir eru þess virði.
En við skulum byrja á grunnatriðum. Hvað er ofurtölva eiginlega? Það er engin skýr skilgreining á þessu ennþá. Einkennandi eiginleiki sérhverrar ofurtölvu sem nú er í gangi er mjög mikil tölvugeta. Einfalda skilgreiningu er að finna á netinu, en samkvæmt henni er ofurtölva vél sem getur náð að minnsta kosti 1 teraflops tölvuafköstum, e.a.s. 1012 (billjón) flotpunktaaðgerðir á sekúndu. Þetta er mikið miðað við venjulegar heimilistölvur.
Ef hraði tölva var áður mældur í IPS (leiðbeiningar á sekúndu), þá þurfti að finna upp nýja einingu fyrir ofurtölvur - FLOPS, þ.e. flotapunktaaðgerðir á sekúndu. Því hærri sem þessi tala er, því öflugri er tölvan.
Auðvitað úreldist nálgun sem byggir á ákveðnum reikniþröskuldi nokkuð fljótt þar sem afköst örgjörvanna sem eru kjarninn í þessum vélum eru í stöðugri þróun og vaxandi. Með hverri útgáfu nýrra örgjörva eykst framleiðni nútímatölva einnig. Hins vegar er mjög erfitt að byggja þau og fjárhagslega dýrt.
Lestu líka: Human Brain Project: Tilraun til að líkja eftir mannsheilanum
Hvaða ofurtölvur eru hraðskreiðastar?
Við höfum nýjustu upplýsingar um þetta mál. Í nóvember 2023 birti vefsíðan Top500.org, sem hefur reglulega birt afkastagetu á öflugustu tölvum jarðar í mörg ár, nýjustu, 62. útgáfuna af Top500 röðuninni, sem sýnir 500 skilvirkustu ofurtölvur sem til eru um þessar mundir. .
Frontier kerfið er enn skilvirkasta ofurtölvan á jörðinni. Þessi ofurtölva er fyrsta exascale tölvukerfi heimsins, það er hraði hennar fór yfir 1 exaflop. Frontier sjálft er staðsett á National Laboratory, sem er staðsett í Oak Ridge, Tennessee, Bandaríkjunum. Þessi ofurtölva er leiðandi í augnablikinu með HPL-einkunn (High Performance LINPACK - sérstakt próf sem metur hráa frammistöðu ofurtölva) á 1193 EFlops (exaflop er quintillion, eða 1018 útreikningar með flotpunkti á sekúndu).
Til samanburðar: hraði öflugasta flíssins Apple M1 Ultra er um 21 teraflops (einn trilljón FLOPS). Fjöldinn er gríðarlegur, það er staðreynd. Það kemur á óvart að árið 2002 var til tölva sem þróaði enn meiri hraða - þetta er Earth Simulator ofurtölva japanska tæknirisans NEC Corporation. Hraði hans var um 36 teraflops!
Frontier notar AMD EPYC 64C 2GHz örgjörva og er byggt á nýjustu HPE Cray EX235a arkitektúr. Hann er settur saman úr 9408 AMD EPYC örgjörvum og 37632 AMD Instinct MI250x hröðlum. Alls hefur kerfið 8 örgjörva og grafíkkjarna. Að auki hefur Frontier glæsilega aflnýtni upp á 699 GFlops/watt og notar HPE Slingshot 904 netið fyrir gagnaflutning. Svo, meðan á prófunum stendur, er það fær um að framleiða allt að 52,59 exaflop. Hámarksárangur náði met 11 exaflops. Kostnaður við tækið er áætlaður um 1,1 milljónir dollara.
Þetta er fyrsta og hingað til eina ofurtölvan í heiminum sem virkar í floppum ham. Frontier varð leiðtogi fyrir ári síðan, en leyfði engum einu sinni að ráðast inn á stöðu sína í júní 2023. Og enn sem komið er, í byrjun árs 2024, er bandaríska ofurtölvan sú afkastamesta í heimi.
En vísindamenn eru nú þegar að benda á að kannski eftir nokkurn tíma verði hann að viðurkenna yfirburði annarrar bandarískrar vélar: Aurora ofurtölvan.
Samkvæmt nýjustu röðun er nýja Aurora ofurtölvan með Intel Sapphire Rapids flögum, sem keyrir í Argonne Leadership Computing Facility í Illinois, Bandaríkjunum, í öðru sæti með HPL frammistöðu upp á 585,34 PFlops. Þrátt fyrir að þetta sé aðeins helmingur af frammistöðu flaggskips ofurtölvu Frontier er Aurora kerfið ekki enn fullbúið og aðeins helmingur af fyrirhuguðu lokakerfi er í notkun eins og er. Að því loknu er líklegt að áætluð frammistaða Aurora fari yfir 2 EFlops. Aurora ofurtölvan, búin til af Intel, er byggð á HPE Cray EX arkitektúr - Intel Exascale Compute Blade, notar Intel Xeon CPU Max Series örgjörva og Intel Data Center GPU Max Series hraða. Eins og í Frontier er HPE Slinghot-11 netið ábyrgt fyrir gagnaflutningi.
Þriðja skilvirkasta ofurtölvan er nýtt skýjakerfi sem kallast Eagle Microsoft Azure í Bandaríkjunum. Þetta er tæknileg forvitni eins konar, þar sem Eagle er ofurtölva í skýi og þriðja sætið í Top500 röðinni er það hæsta sem skýjakerfi hefur náð. Microsoft Eagle státar af HPL afköstum upp á 561,2 PFlops, tölvuhjartað er Intel Xeon Platinum 8480C örgjörvar og hraðar NVIDIA H100.
Hér er rétt að minnast á japönsku ofurtölvuna Fugaku, en afköst hennar eru meira en þrisvar sinnum minni en Frontier, og eina afkastamestu ofurtölvu fyrri tíma - LUMI. Þó Kínverjar séu enn að byggja eitthvað öflugt, þá er það allt í framtíðinni.
Einnig áhugavert: Tæknispár fyrir árið 2024: við hverju má búast?
Af hverju þurfum við svona mikla tölvuorku?
Þú gætir dáðst að skilvirkni hraðskreiðastu véla á jörðinni, en árangurinn sem þær ná snýst ekki um að slá met, heldur um að ná tilætluðum útreikningsniðurstöðum á sem skemmstum tíma. Enginn ofurtölvunotandi notar þá vél til að skrifa tölvupóst eða undirbúa kynningu. Það væri hræðileg sóun að nota slíkar vélar til að sinna verkefnum sem við getum framkvæmt á tækjum á heimilum okkar. Þegar öllu er á botninn hvolft gerir reiknimöguleiki ofurtölva þér kleift að framkvæma aðgerðir sem eru ekki tiltækar á venjulegum tölvum.
Hvaða verkefni erum við að tala um? Í fyrsta lagi um þá sem geta skilað raunverulegum ávinningi og þetta eru ekki endilega þeir sem hægt er að breyta strax í peninga. Rétt er að minna á að aðeins um 600 milljónum Bandaríkjadala var varið í gerð Frontier ofurtölvunnar. Notkun þess og viðvarandi viðhaldskostnaður er auðvitað líka verulegur. Ofurtölvan tekur 680 fermetra svæði og eyðir 21 MW af rafmagni.
Frontier, eins og aðrar ofurtölvur, eru meðal annars notaðar til verkefna eins og loftslagslíkana, rannsókna og framleiðslu nýrra lyfja sem eru mannkyninu lífsnauðsynleg, rannsóknir á nýrri efnistækni o.s.frv. Umfang verkefna sem þessi tegund búnaðar sinnir er auðvitað miklu víðtækara og felur til dæmis í sér greiningu á risastórum gagnasöfnum af ýmsum gerðum: fjárhagslegum, læknisfræðilegum, gervihnattamyndum, líkanagerð á eðlisfræðilegum fyrirbærum og mörgum, mörgum öðrum. Sú staðreynd að Frontier er fyrsta exascale ofurtölvan gerir henni kleift að framkvæma verkefni sem væru erfið jafnvel á öðrum ofurtölvum.
Dæmi getur verið reiknilíkan á allan lífsferil hitakjarnaofns. Já, þetta er ekki villa. Það er ekki til eitt einasta samrunaorkuver í heiminum enn sem komið er, en kraftmikill tölvumáttur Frontier gerir það mögulegt að líkja eftir hegðun ímyndaðs samrunaofns og spá fyrir um hegðun blóðvökvans í slíkum kjarnaofni. Auðvitað, þar til varmakjarnorka er markaðssett, er erfitt að hugsa um ávinninginn, en enginn í heiminum efast um að sú tölvuafl sem mun stuðla að sköpun og þróun hitakjarnorku og bjarga öllu mannkyni frá orkuskorti sé einhvers virði. fjárfesting.
Lestu líka: Allt um Microsoft Aðstoðarflugmaður: framtíðin eða á rangan hátt?
Ofurtölvur og lyf
Eitt af forritum ofurtölva eru flóknir og orkufrekir útreikningar sem tengjast uppbyggingu efna og lífrænna efnasambanda. Nákvæm greining á hegðun einstakra efna, sem er möguleg vegna getu til að líkja eftir hegðun tiltekins efnasambands á mjög nákvæmu stigi, er tæki sem gerir kleift að þróa ný, áhrifaríkari lyf.
Árið 2020, áður en Frontier ofurtölvan var hleypt af stokkunum, voru vísindamenn við Oak Ridge National Laboratory, sem þá var með Summit ofurtölvuna (þessi vél var skilvirkasta ofurtölvan árið 2018, hún er enn í notkun og í sjöunda sæti með skilvirkni upp á 7). 148,8 PFlops) notaði það til að þróa nýja tegund krabbameinslyfja. Nýja lyfið reyndist um 10% betra, árangursríkara í meðferð en áður var notað. Auðvitað eru 10% ekki það mikið, en segðu það sjúklingunum sem tókst að bjarga lífi sínu þökk sé þessum "litla" mun. Mannlífið er auðvitað ómetanlegt en hvaða lyf sem er með meiri virkni getur sparað gífurlegt fjármagn fyrir heilbrigðiskerfið og dregið úr meðferðarkostnaði. Hér getur Frontier komið sér vel. Getu hennar er mun meiri en í sömu Summit ofurtölvunni.
Lestu líka:
- Apple Vision Pro er byltingarkenndasta tæki síðan iPhone. En það er blæbrigði ©
- Skipta yfir Apple MacBook Air með M2 örgjörva: endurskoðun og birtingar mínar
Frontier og nýja loftslagslíkanið
Loftslagslíkön krefjast greiningar og rökstuðnings á líkaninu af þúsund ára sögu jarðar. Auðvitað er þetta verkefni sem krefst gríðarlegrar tölvuauðlinda. Því nákvæmari sem við getum líkan loftslagsbreytingar og spáð fyrir um hvað gerist til langs tíma, því hraðari og öflugri ofurtölvur þurfum við.
Mark Taylor hjá Sandia National Laboratories, einn af rannsakendum sem vinna að fyrstu langtíma loftslagsspám heimsins með því að nota stigvaxandi tölvumál, sagði einu sinni: "Hinn einstaki tölvuarkitektúr Frontier ofurtölvunnar gerir hluti sem við gátum ekki gert áður." Það er að segja að reiknikraftur þessarar vélar dregur úr útreikningi sem áður tók ár niður í nokkra daga. Á sama tíma gerir það vísindamönnum kleift að fá nákvæmar áætlanir um langtímaáhrif loftslagsbreytinga og erfiðra veðurskilyrða. „Þetta er hinn nýi gullstaðall fyrir loftslagslíkön,“ bætir Taylor við.
Hverjir eru kostir? Þeir eru bara stórir. Hæfni til að spá fyrir um skelfilegar veðurbreytingar getur bjargað tugum þúsunda og jafnvel milljóna mannslífa. Og greining á líklegum áhrifum hlýnunar loftslags á hnattræna og svæðisbundna hringrás vatns gerir okkur kleift að undirbúa okkur fyrirfram fyrir breytingar í framtíðinni. Nútíma rýmislíkön eru til, en þau eru afar krefjandi í reikningnum. Þar til nýlega, of krefjandi. Já, þeir gera okkur kleift að spá fræðilega fyrir um flókið samspil hinna ýmsu þátta sem mynda það sem við köllum veður eða loftslag, t.d. leiðsöguhreyfinguna sem fylgir myndun skýja, en þar þarf að vinna úr miklu upplýsingaflæði. og gera útreikninga af ótrúlegum flóknum hætti.
Tilvist Frontier ofurtölvunnar hefur þegar breytt því. Energy Exascale Earth System Model (E3SM) verkefnið sigrast á þessum hindrunum með því að sameina nýjar hugbúnaðaraðferðir með gríðarlegum afköstum. Sarath Sripathy, meðhöfundur rannsóknarinnar og umsjónarmaður E3SM verkefnisins og meðhöfundur E3SM andrúmslofts líkansins sem kallast SCREAM, útskýrir: “Loftslagslíkanasamfélagið hefur lengi dreymt um að keyra kílómetramælislíkön nógu hratt til að auðvelda áratugaspár og nú er það að veruleika.“.
Með öðrum orðum, slíkt verkefni án Frontier myndi einfaldlega mistakast vegna skorts á gagnavinnslumagni. Hins vegar er rétt að taka fram að ekki aðeins grunntölvunarkrafturinn er mikilvægur heldur einnig hagræðing líkananna sjálfra. Peter Caldwell, loftslagsfræðingur við Lawrence Livermore National Laboratory, og teymi hans hafa eytt síðustu fimm árum í að byggja nýtt skýjalíkan frá grunni. Það mun virka á skilvirkan hátt á grafískum örgjörvum (GPU), sem í dag eru mjög mikilvægur þáttur í tölvuafli nútíma ofurtölva. Hér má líka fá áhugaverðan toppbíl í sínum flokki.
Ímyndaðu þér. Aðlögun kóðans til að keyra á GPU hefur leitt til verulegs árangurs. SCREAM getur keyrt á 8192 Frontier hnútum til að líkja eftir alþjóðlegum skýjamyndunum sem tók venjulega meira en ár (1,25 ár til að vera nákvæmur) í einni 24 tíma tölvulotu. Langtíma eftirlíkingar sem spanna 30-40 ár er hægt að gera hjá Frontier á nokkrum vikum. Rannsakendur benda á að áður var nánast ómögulegt að gera slíka útreikninga. Fólk sem hefur áhuga á að læra meira um þetta nám getur kynnast nýju vísindaritinu Mark Taylor og teymi hans.
Einnig áhugavert:
- Hvernig bandaríski herinn fylgist með jólasveininum
- Sölubann Apple Horfðu á í Bandaríkjunum: Allar upplýsingar um málið
- Upprifjun Lenovo Yoga Book 9i: breytanleg fartölva með tveimur skjáum
Landamæra- og efnistækni
Eitt áhugavert verkefni sem nýtir sér stóra möguleika Frontier ofurtölvunnar er vinna á sviði efnistækni. Þetta er ein stærsta reiknihermun sem nokkurn tíma hefur af málmblöndu, sem, þökk sé reiknihagkvæmni sinni, hefur gert það mögulegt að ná næstum skammtastigi nákvæmni. Þessi rannsókn, gerð af Vikram Gavini við háskólann í Michigan, er nýstárleg að því leyti að hún notar jöfnu Schrödingers til að líkja hegðun mismunandi efna. Mikið tölvuafl Frontier gerði það kleift að líkja eftir magnesíumblendikerfi sem samanstendur af 75 atómum.
Magnesíum málmblöndur eru mjög áhugavert efni. Hann er mjög léttur og á sama tíma sterkur. Hins vegar eru magnesíum málmblöndur viðkvæmar fyrir ákveðnum göllum, aðallega tilfærslum (þ.e. stórfelldum göllum í kristalbyggingu efnisins), sem breyta vélrænni eiginleikum þeirra verulega. Þetta breytir efnilegu efni í ónothæfan málm, því það sprungur auðveldlega, er brothætt og óstöðugt. Vísindamönnum tókst með hjálp tölvuaflsins Frontier að leiðrétta hluta þessara galla í magnesíumblendi. En þetta er aðeins byrjunin á erfiðri vinnu.
Einnig áhugavert:
Framtíð ofurtölva?
Hefðbundnar tölvur geta ekki leyst þær áskoranir sem sum vísindaleg og tæknileg vandamál valda okkur. Ofurtölvur búa yfir miklu meiri tölvuafli sem gerir þeim kleift að framkvæma útreikninga sem væru ómögulegir eða taka of mikinn tíma á venjulegum tölvum. Með því að búa til ofurtölvur leitast vísindamenn við að víkka út mörk þekkingar okkar og getu, auk þess að leysa vandamál sem geta haft gríðarleg raunveruleg áhrif á framtíð okkar.
Lögmál Moores segir að kraftur tölva eykst veldishraða. Á tveggja ára fresti tvöfaldast hraði útreikninga, verkfræðingum og vísindamönnum tekst að finna lausnir á vandamálum sem áður voru talin ómöguleg.
Einn daginn verða ofurtölvur algengar. Þegar öllu er á botninn hvolft voru aðeins tíu ár síðan hugtök eins og sýndarveruleiki, skýjaleikir og frumheimur voru aðeins til í hugmyndaflugi nokkurra tæknisérfræðinga og nörda, og í dag er það raunveruleiki okkar. Framtíðarkynslóðin mun ekki einu sinni þurfa að mennta sig í upplýsingatækni og fá vinnu hjá Google til að nýta sér ofurtölvur: þær verða hljóðlega og ómerkjanlega hluti af daglegu lífi, rétt eins og snjallsímar, fartölvur og annað.
Lestu líka: