No todo el mundo entiende por qué necesitamos supercomputadoras caras. ¿Quizás sea un alarde y una pérdida de dinero? Intentemos resolverlo …
Se ha publicado una nueva clasificación Top-500 de las supercomputadoras más poderosas del mundo. En esta ocasión, el automóvil estadounidense ocupó el primer lugar, empujando al "colega" chino. IBM ha lanzado la supercomputadora más poderosa, Summit, encargada por el Laboratorio Nacional Oak Ridge del Departamento de Energía de EE. UU. El rendimiento de su sistema se estimó en 200 petaflops (200 billones de operaciones por segundo). Mientras China y Estados Unidos luchan por "medallas", los coches rusos …
… están contentos con solo un lugar en el octavo diez. Ilya Plekhanov habla sobre la carrera de la informática y las nuevas posibilidades de los países más grandes del mundo con sus potentes máquinas.
Después de la prueba estándar de Linpack, que captura el rendimiento operativo de una supercomputadora, el indicador real de la Cumbre Americana fue de 122,3 petaflops, mientras que el rendimiento del ex campeón, Sunway TaihuLight de China, fue de 93 petaflops. Así que Estados Unidos recuperó la palma en las supercomputadoras más productivas, que perdió ante China en 2013.
norte
Cumbre de procesadores.
La nueva Cumbre de Estados Unidos consta de 4.608 servidores IBM AC922 de doble procesador basados en procesadores IBM Power9 de 22 núcleos, cada uno con 6 GPU NVIDIA Tesla V100. Las conexiones internas utilizan una red EDR InfiniBand de doble carril Mellanox con un ancho de banda de 200 Gbps por servidor. La supercomputadora se ejecuta en el sistema operativo Red Hat Enterprise Linux 7.4. MIT Technology Review informa que el Summit pesa más que un avión de pasajeros y ocupa 2 canchas de tenis.
Incluso antes de la finalización final del sistema, los investigadores realizaron cálculos contra los genomas, durante los cuales registraron el rendimiento de la Cumbre de 1,88 exaflops. Esta es la primera vez en la historia que se rompe la barrera de 1 exaflops, según Thomas Zachariah, director del Laboratorio Nacional de Oak Ridge. En invierno, China amenazó con lanzar una computadora con un rendimiento de 1 exaflops para fines de este año, es decir, un quintillón (10 elevado a la potencia 18) de operaciones por segundo, mientras que EE. UU. Asignó previamente $ 258 millones para crear una supercomputadora con un rendimiento de más de 1 exaflops para 2021. El desarrollo, como se anunció en 2017, lo llevan a cabo seis empresas estadounidenses: Hewlett-Packard, IBM, Intel, NVIDIA, Cray y AMD.
Sonido de funcionamiento del superordenador:
Video promocional:
El símbolo del poder del país
La aparición de otra supercomputadora es una especie de hito de prestigio y un indicador de lo que un país puede hacer, ¿tiene los recursos y las habilidades, un presupuesto de cientos de millones de dólares a más de mil millones para crear una supercomputadora? ¿Existe capacidad de energía para el suministro de energía, soluciones de ingeniería para la eliminación de calor, ¿Tienen sus propios procesadores, personal calificado, etc.? El secretario de Energía de Estados Unidos, Rick Perry, comentó sobre la aparición de Summit:
Es el tema de la seguridad nacional lo que puede considerarse clave, ya que a Estados Unidos al menos le preocupa la intención de China de convertirse en líder en el campo de la inteligencia artificial. Después de todo, esto significa el uso de IA en la esfera militar.
El Sunway TaihuLight chino, que ocupó el segundo lugar, fue un gran avance para China en la creación de su propia base de elementos e informática. Los procesadores Sunway TaihuLight se basan en la arquitectura ShenWei local desarrollada por el Centro de Diseño de IC de Alto Rendimiento del Estado de Shanghai. El sistema de interconexión de nodos entre procesadores, conocido como Sunway Network, también se desarrolló en China. Además, Sunway TaihuLight tiene su propia implementación del estándar de software de programación paralela, el sistema operativo SunWay Raise OS 2.0.5 basado en Linux. Es decir, China pudo superar su dependencia de los elementos estadounidenses y las restricciones impuestas al suministro de productos de alta tecnología desde 2015.
Sunway TaihuLight.
En Rusia, en 2009, se instaló la supercomputadora Lomonosov en la Universidad Estatal de Moscú, que contiene 6 654 nodos informáticos, más de 94 000 núcleos de procesador y tiene un rendimiento máximo de 1,37 Pflops. El rendimiento real del sistema en la prueba Linpack es de 674 teraflops, lo que le permitió ocupar el puesto 13 en la lista de las 500 computadoras más productivas del mundo en junio de 2011.
En marzo de 2018, la Universidad Estatal de Moscú anunció que se había completado el desarrollo y había comenzado la operación de prueba en una nueva sección de la supercomputadora Lomonosov-2 con un rendimiento máximo de 1.8 Pflops, que en el futuro le permitirá acercarse al límite de 5 Pflops. La nueva sección de supercomputadoras se basa en procesadores Intel Skylake de múltiples núcleos y GPU NVidia Pascal P100 con soporte de hardware para la interfaz NVLink de alta velocidad.
"Lomonosov".
En marzo, los empleados del Instituto Conjunto de Investigación Nuclear en Dubna, región de Moscú, presentaron una nueva supercomputadora Govorun, que se utilizará para procesar datos del futuro colisionador de iones pesados NICA. La actuación de Govorun es de 1 petaflops. La supercomputadora se basa en procesadores Intel Xeon Phi 7290 e Intel Xeon Gold 6154 de 72 núcleos.
Las supercomputadoras aparecen en Rusia, pero no con un rendimiento como para ser incluidas en la clasificación Top500. En enero de este año, Igor Chernykh, entonces director interino del Centro de Uso Colectivo "Centro de Supercomputación Siberiana" del ICM & MG SB RAS, dijo:
Según Oleg Gorbachev, director de comunicaciones corporativas del grupo de empresas RSK, la situación podría corregirse con el programa nacional:
Tareas de supercomputadora
Se necesita una supercomputadora para trabajar con una gran cantidad de datos y variables, con información medida en exabytes (10 a la 18 potencia de los bytes) y en yottabytes (10 a la 24 potencia de los bytes). Y no se trata solo de volúmenes, sino también de velocidad. Por ejemplo, los cálculos de las condiciones meteorológicas resultarán sin sentido si tardan más que el inicio de un fenómeno meteorológico en particular.
"Hablador".
Otra cuestión es que surgen dificultades no tanto con el número de operaciones por segundo, sino con la elaboración de aquellos algoritmos que requieren tales velocidades y tal número de procesadores. Es decir, las capacidades técnicas están mejorando, pero también necesitan modelos matemáticos, llenado de software, una comprensión de cómo y qué contar.
Doctor en Ciencias Físicas y Matemáticas, Investigador Jefe del Instituto de Matemática Aplicada M. V. Keldysh Andrey Kuleshov explica cuáles son las particularidades del uso de la tecnología de supercomputadoras:
Por lo tanto, los científicos rusos creen que el retraso de Rusia con respecto a Estados Unidos y China en petaflops no es tan terrible. La clave para el uso eficiente de las máquinas es un alto nivel matemático y una clase de especialistas en software en Rusia.
Que están haciendo ahora
Por ejemplo, el superordenador español MareNostrum (como los antiguos romanos paganos llamaban al mar Mediterráneo) está ubicado en las instalaciones de la antigua capilla cristiana de Torre Girona y se utiliza para cálculos de ingeniería genética, astrofísicos, en la creación de nuevos fármacos y en la predicción meteorológica.
Pero no todo se centra únicamente en la investigación científica a gran escala. Las empresas también utilizan activamente supercomputadoras. Por ejemplo, Ford usa autos potentes en pruebas de choque, donde los autos chocan contra un obstáculo y se deben filmar, medir y analizar una tonelada de parámetros. El uso de una supercomputadora puede reducir en un tercio la cantidad de automóviles reales que chocan y los costos de prueba, lo que ahorra millones de dólares.
Utilizando supercomputadoras, DuPont ha sintetizado un nuevo material que no es inflamable, resistente a la corrosión y poco tóxico. En una semana, se realizaron los cálculos necesarios en una supercomputadora, para lo cual en total gastaron alrededor de $ 5 mil. El estudio "a la antigua" costaría al menos 50 mil dólares y tres meses de trabajo.
Simulación de una prueba de choque por una supercomputadora, teniendo en cuenta el daño a todos los elementos del automóvil.
Desde 1990, el socio del torneo de Wimbledon en el campo de la tecnología es la empresa estadounidense IBM, que proporciona a los organizadores del campeonato la supercomputadora Watson. Con su ayuda, las redes sociales se analizan para identificar los estados de ánimo positivos y negativos de los fanáticos, proporcionar a los comentaristas cualquier dato comparativo de los archivos y automatizar el marketing y las relaciones públicas en Internet.
La empresa francesa Total en exploración petrolera utiliza una supercomputadora para analizar información sobre el subsuelo. El modelado le permite no recurrir a la perforación cuando hay dudas sobre la presencia de petróleo. En uno de esos casos, el abandono de la perforación le ahorró a la empresa unos 80 millones de dólares.
En cuanto a la nueva supercomputadora estadounidense, algunos proyectos tendrán acceso a ella este año para modelar el comportamiento subatómico de materiales, identificar factores causantes de cáncer y estudiar la interacción de proteínas y sistemas celulares. El principal cliente en 2019 será el Departamento de Energía, que lo utiliza para su computación de energías alternativas. Summit también se utilizará en aplicaciones de inteligencia artificial en 2019.
Con la ayuda de una supercomputadora rusa, el grupo de la Facultad de Mecánica y Matemáticas de la Universidad Estatal de Moscú y el Instituto de Matemáticas Aplicadas de la Academia de Ciencias de Rusia obtuvieron resultados sobre el modelado numérico de la formación y desarrollo de vórtices de punta en modos supersónicos, se procesaron datos sísmicos, para las necesidades de RSC Energia, se realizaron cálculos del flujo alrededor de una nave espacial y se realizaron el aterrizaje en la superficie en la superficie. Tierra. El Lomonosov también resolvió el problema de la transferencia de masa y calor para un reactor nuclear prometedor. En abril, científicos de la Facultad de Física de la Universidad Estatal de Moscú investigaron diferentes tipos de reacciones de polimerización utilizando simulaciones por computadora en la supercomputadora Lomonosov-2.
Taller de montaje de RSC Energia.
En la primavera de este año, se supo que Rosatom y Roscosmos están comenzando a probar motores para un nuevo cohete superpesado ruso en realidad virtual como parte de una simulación de supercomputadora. El proyecto comenzó en 2014 y costó casi 270 millones de rublos. El 30 de enero de 2018 se firmó acta de aceptación de trabajos sobre el desarrollo de software para pruebas virtuales.
Que puede en el futuro
Hay muchas opciones. Las supercomputadoras se pueden utilizar para aumentar la precisión de los pronósticos meteorológicos, diagnósticos, para identificar la relación entre genes y cáncer, para simular turbulencias, procesos de combustión, para desarrollar nuevos materiales, nuevos fármacos, para simular el trabajo de nueva tecnología, para calcular deformaciones de sólidos teniendo en cuenta procesos de destrucción, control de drones, modelado del uso de armas modernas, análisis de datos de satélites y drones, criptografía, modelado del efecto de la radiación electromagnética en materiales compuestos (en particular, en revestimientos de aviones), modelado del trabajo cerebral, etc.
Las supercomputadoras también participarán en la elaboración de perfiles de personalidad y la implementación de sistemas de reconocimiento facial, monitoreo de actividad y calificación social en China. Según algunos pronósticos, las supercomputadoras podrán simular con precisión todo el sistema meteorológico de la Tierra después de que alcancen un rendimiento superior a 1 zetaflops (1000 exaflops). Se espera la aparición de tales máquinas para 2030.
Sistema de seguimiento en Guiyang, China.
Quien tiene acceso
No es solo el rendimiento de la mejor supercomputadora lo que importa, sino también la cantidad total de máquinas en el país y su disponibilidad. Cuantos más centros de datos, más organizaciones e instituciones pueden acceder a ellos, se puede resolver una gama más amplia de tareas.
En Rusia, las capacidades de un solo complejo de supercomputadoras de la Universidad de Moscú son utilizadas actualmente por 2.500 especialistas de 20 divisiones de la Universidad Estatal de Moscú, más de 100 institutos de la Academia de Ciencias de Rusia y más de 100 universidades en Rusia.
Según el proyecto Top500, el país con la mayor cantidad de computadoras superpoderosas a junio de este año es China: posee 206 supercomputadoras del ranking (hace seis meses había 201 sistemas). Al mismo tiempo, Estados Unidos redujo su participación en la calificación de 143 sistemas a 124. Pero se puede observar que en términos del desempeño agregado de todos los sistemas del país, Estados Unidos superó a China esta vez. La productividad total de Estados Unidos es el 38,2% de la productividad total de los Top500, mientras que la de China es del 29,1%.
El aumento medio del poder de las supercomputadoras en el mundo.
Japón (36 sistemas), Gran Bretaña (22 sistemas), Alemania (21 sistemas), Francia (18 sistemas) están detrás de China y Estados Unidos en términos de número de supercomputadoras.
Rusia tiene cuatro supercomputadoras en el ranking, una más que en la lista anterior hace seis meses. Lomonosov-2 ocupó el puesto 72, una computadora en Roshydromet - 172, Lomonosov - posición 326, una supercomputadora en el Instituto Kurchatov - línea 458 de la clasificación.
¿Que sigue?
Y luego los países avanzados trabajarán para superar las limitaciones físicas de las supercomputadoras existentes. Las empresas se centrarán en la creación de tecnologías como la fotónica de silicio, la computación cuántica y neuromórfica, las biocomputadoras y las computadoras celulares. Por ejemplo, en 2014, IBM lanzó programas de investigación en las primeras áreas con un volumen de financiación de $ 3 mil millones.
La aceleración del desarrollo de nuevos materiales y tecnologías con la ayuda de supercomputadoras en diferentes direcciones puede, en última instancia, dar un impulso gigante acumulativo al desarrollo de los países y su separación tecnológica de sus competidores. El rápido crecimiento de la productividad de las computadoras incluso se llama una revolución en el desarrollo de la civilización.
Ilya Plejánov
