Nicht jeder versteht, warum wir teure Supercomputer brauchen. Vielleicht ist es ein Show-Off und eine Geldverschwendung? Versuchen wir es herauszufinden …
Eine neue Top-500-Bewertung der leistungsstärksten Supercomputer der Welt wurde veröffentlicht. Diesmal belegte das amerikanische Auto den ersten Platz und drängte den chinesischen "Kollegen". IBM hat den leistungsstärksten Supercomputer Summit auf den Markt gebracht, der vom Oak Ridge National Laboratory des US-Energieministeriums in Auftrag gegeben wurde. Die Leistung seines Systems wurde auf 200 Petaflops (200 Billiarden Operationen pro Sekunde) geschätzt. Während China und die USA um "Medaillen" kämpfen, … …
… sind nur mit einem Platz in der achten Zehn zufrieden. Ilya Plekhanov spricht über das Computerrennen und die neuen Möglichkeiten der größten Länder der Welt mit ihren leistungsstarken Maschinen.
Nach dem Standard-Linpack-Test, der die Betriebsleistung eines Supercomputers erfasst, lag der tatsächliche Indikator für den amerikanischen Gipfel bei 122,3 Petaflops, während die Leistung des ehemaligen Champions, des chinesischen Sunway TaihuLight, bei 93 Petaflops lag. So haben die Vereinigten Staaten die Palme der produktivsten Supercomputer zurückerobert, die sie 2013 an China verloren haben.
Prozessorgipfel.
Der neue American Summit besteht aus 4.608 IBM AC922-Servern mit zwei Prozessoren, die von 22-Kern-IBM Power9-Prozessoren mit jeweils 6 NVIDIA Tesla V100-GPUs angetrieben werden. Interne Verbindungen verwenden ein Mellanox-Dual-Rail-EDR-InfiniBand-Netzwerk mit einer Bandbreite von 200 Gbit / s pro Server. Der Supercomputer läuft unter dem Betriebssystem Red Hat Enterprise Linux 7.4. MIT Technology Review berichtet, dass der Summit mehr wiegt als ein Passagierflugzeug und 2 Tennisplätze belegt.
Noch vor der endgültigen Fertigstellung des Systems führten die Forscher Berechnungen gegen Genome durch, bei denen sie die Leistung des Gipfels von 1,88 Exaflops aufzeichneten. Laut Thomas Zachariah, Direktor des Oak Ridge National Laboratory, ist dies das erste Mal in der Geschichte, dass die 1-Exaflop-Barriere durchbrochen wurde. Im Winter drohte China, bis Ende dieses Jahres einen Computer mit einer Leistung von 1 Exaflops auf den Markt zu bringen, dh eine Billion (10 bis 18 Potenzen) Operationen pro Sekunde, während die USA zuvor 258 Millionen US-Dollar für die Schaffung eines Supercomputers mit einer Leistung von mehr als 1 Exaflops bis 2021 bereitstellten. Die 2017 angekündigte Entwicklung wird von sechs amerikanischen Unternehmen durchgeführt - Hewlett-Packard, IBM, Intel, NVIDIA, Cray und AMD.
Supercomputer-Laufsound:
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Das Symbol der Macht des Landes
Die Entstehung eines weiteren Supercomputers ist eine Art prestigeträchtiger Meilenstein und ein Indikator dafür, was das Land tun kann. Verfügt es über die Ressourcen und Fähigkeiten, das Budget von Hunderten von Millionen Dollar bis über einer Milliarde Dollar, um einen Supercomputer zu schaffen? Gibt es Energiekapazität für die Stromversorgung, technische Lösungen für die Wärmeabfuhr? Haben sie ihre eigenen Prozessoren, qualifiziertes Personal und so weiter? US-Energieminister Rick Perry kommentierte das Erscheinen des Gipfels:
Es ist die Frage der nationalen Sicherheit, die als Schlüssel angesehen werden kann, da die Vereinigten Staaten zumindest besorgt über Chinas Absicht sind, auf dem Gebiet der künstlichen Intelligenz führend zu werden. Dies bedeutet schließlich den Einsatz von KI im militärischen Bereich.
Das chinesische Sunway TaihuLight, das den zweiten Platz belegte, war ein Durchbruch für China bei der Schaffung einer eigenen Computer- und Elementbasis. Die Sunway TaihuLight-Prozessoren basieren auf der lokalen ShenWei-Architektur, die vom Shanghai State High Performance IC Design Center entwickelt wurde. Das als Sunway Network bekannte System der Interprozessor-Verbindung von Knoten wurde ebenfalls in China entwickelt. Darüber hinaus verfügt Sunway TaihuLight über eine eigene Implementierung des Standards für parallele Programmiersoftware, das Linux-basierte Betriebssystem SunWay Raise OS 2.0.5. Das heißt, China konnte seine Abhängigkeit von amerikanischen Elementen und die seit 2015 auferlegten Beschränkungen für die Lieferung von High-Tech-Produkten überwinden.
Sunway TaihuLight.
In Russland wurde 2009 der Supercomputer Lomonosov an der Moskauer Staatsuniversität installiert, der 6 654 Rechenknoten, mehr als 94 000 Prozessorkerne und eine Spitzenleistung von 1,37 Pflops enthält. Die tatsächliche Leistung des Systems beim Linpack-Test beträgt 674 Teraflops. Damit belegte es im Juni 2011 den 13. Platz in der Liste der 500 produktivsten Computer der Welt.
Im März 2018 gab die Moskauer Staatsuniversität bekannt, dass die Entwicklung abgeschlossen und der Testbetrieb eines neuen Abschnitts des Lomonosov-2-Supercomputers mit einer Spitzenleistung von 1,8 Pflops begonnen wurde, der es in Zukunft ermöglichen wird, sich der 5-Pflops-Grenze zu nähern. Der neue Supercomputer-Bereich basiert auf Intel Skylake Multi-Core-Prozessoren und NVidia Pascal P100-GPUs mit Hardware-Unterstützung für die Hochgeschwindigkeits-NVLink-Schnittstelle.
"Lomonosov".
Im März stellten Mitarbeiter des Gemeinsamen Instituts für Kernforschung in der Stadt Dubna in der Region Moskau einen neuen Supercomputer "Govorun" vor, mit dem Daten des zukünftigen Schwerionenkolliders NICA verarbeitet werden. Die Leistung des Govorun beträgt 1 Petaflops. Der Supercomputer basiert auf Intel Xeon Phi 7290- und Intel Xeon Gold 6154-Prozessoren mit 72 Kernen.
Supercomputer erscheinen in Russland, jedoch nicht mit einer Leistung, die in der Top500-Bewertung enthalten ist. Im Januar dieses Jahres sagte Igor Chernykh, damals amtierender Leiter des Zentrums für kollektive Nutzung "Sibirisches Supercomputerzentrum" des ICM & MG SB RAS:
Laut Oleg Gorbatschow, Direktor für Unternehmenskommunikation der RSK-Unternehmensgruppe, könnte die Situation durch das nationale Programm korrigiert werden:
Supercomputer-Aufgaben
Ein Supercomputer wird benötigt, um mit einer großen Menge von Daten und Variablen arbeiten zu können - mit Informationen, die in Exabyte (10 bis 18 Potenzen von Bytes) und in Yottabytes (10 bis 24 Potenzen von Bytes) gemessen werden. Und es geht nicht nur um Lautstärke, sondern auch um Geschwindigkeit. Beispielsweise erweisen sich Berechnungen meteorologischer Bedingungen als bedeutungslos, wenn sie länger dauern als das Einsetzen eines bestimmten Wetterphänomens.
"Sprecher".
Eine andere Frage ist, dass Schwierigkeiten nicht so sehr mit der Anzahl der Operationen pro Sekunde auftreten, sondern mit der Ausarbeitung der Algorithmen, die solche Geschwindigkeiten und eine solche Anzahl von Prozessoren erfordern. Das heißt, die technischen Fähigkeiten verbessern sich, aber sie benötigen auch mathematische Modelle, Softwarefüllung - ein Verständnis dafür, wie und was zu zählen ist.
Doktor der Physikalischen und Mathematischen Wissenschaften, Chefforscher am Institut für Angewandte Mathematik M. V. Keldysh Andrey Kuleshov erklärt die Besonderheiten der Verwendung der Supercomputertechnologie:
Daher glauben russische Wissenschaftler, dass Russlands Rückstand bei Petaflops hinter den USA und China nicht so schrecklich ist. Der Schlüssel zum effizienten Einsatz von Maschinen ist ein hohes mathematisches Niveau und eine Klasse von Softwarespezialisten in Russland.
Was machen sie gerade
Zum Beispiel befindet sich der spanische Supercomputer MareNostrum (wie die alten heidnischen Römer das Mittelmeer nannten) in den Räumlichkeiten der ehemaligen christlichen Kapelle von Torre Girona und wird für gentechnische Berechnungen, Astrophysiker, die Herstellung neuer Medikamente und die Vorhersage des Wetters verwendet.
Aber nicht alles konzentriert sich nur auf groß angelegte wissenschaftliche Forschung. Unternehmen nutzen auch aktiv Supercomputer. Zum Beispiel verwendet Ford leistungsstarke Autos in Crashtests, bei denen Autos gegen ein Hindernis stoßen und eine Menge Parameter gefilmt, gemessen und analysiert werden müssen. Die Verwendung eines Supercomputers kann die Anzahl der Unfallautos und die Testkosten um ein Drittel reduzieren und so Millionen von Dollar einsparen.
Mit Supercomputern hat DuPont ein neues Material synthetisiert, das nicht brennbar, korrosionsbeständig und wenig toxisch ist. In einer Woche wurden die notwendigen Berechnungen auf einem Supercomputer durchgeführt, für den sie insgesamt etwa 5.000 US-Dollar ausgaben. Die Studie "auf altmodische Weise" würde mindestens 50.000 US-Dollar und drei Monate Arbeit kosten.
Simulation eines Crashtests durch einen Supercomputer unter Berücksichtigung der Beschädigung aller Elemente des Autos.
Partner des Wimbledon-Turniers auf dem Gebiet der Technologie ist seit 1990 das amerikanische Unternehmen IBM, das den Organisatoren der Meisterschaft den Supercomputer Watson zur Verfügung stellt. Es wird verwendet, um soziale Netzwerke zu analysieren, um positive und negative Stimmungen von Fans zu identifizieren, Kommentatoren mit Vergleichsdaten aus den Archiven zu versorgen und Marketing und PR im Internet zu automatisieren.
Das französische Unternehmen Total in der Ölexploration analysiert mithilfe eines Supercomputers Informationen über den Untergrund. Durch die Modellierung können Sie nicht auf Bohrungen zurückgreifen, wenn Zweifel an der Anwesenheit von Öl bestehen. In einem solchen Fall sparte das Unternehmen durch den Abbruch der Bohrungen etwa 80 Millionen US-Dollar.
Für den neuen amerikanischen Supercomputer werden in diesem Jahr einige Projekte Zugriff darauf haben, um das subatomare Verhalten von Materialien zu modellieren, krebserregende Faktoren zu identifizieren und die Interaktion von Proteinen und Zellsystemen zu untersuchen. Hauptkunde im Jahr 2019 wird das Energieministerium sein, das es für seine alternative Energieberechnung nutzt. Summit wird 2019 auch in Anwendungen mit künstlicher Intelligenz eingesetzt.
Mit Hilfe eines russischen Supercomputers erzielten die Gruppe der Fakultät für Mechanik und Mathematik der Staatlichen Universität Moskau und das Institut für Angewandte Mathematik der Russischen Akademie der Wissenschaften Ergebnisse zur numerischen Modellierung der Bildung und Entwicklung von Spitzenwirbeln im Überschallmodus. Es wurden seismische Daten verarbeitet, für die Bedürfnisse von RSC Energia wurden Berechnungen der Strömung um ein Raumfahrzeug während der Verzögerung in der Atmosphäre und der Landung auf der Oberfläche durchgeführt Erde. Der Lomonossow löste auch das Problem der Massen- und Wärmeübertragung für einen vielversprechenden Kernreaktor. Im April untersuchten Wissenschaftler der Physikfakultät der Moskauer Staatlichen Universität verschiedene Arten von Polymerisationsreaktionen mithilfe von Computersimulationen auf dem Supercomputer Lomonosov-2.
Montagewerkstatt von RSC Energia.
Im Frühjahr dieses Jahres wurde bekannt, dass Rosatom und Roscosmos im Rahmen einer Supercomputersimulation damit beginnen, Motoren für eine neue russische superschwere Rakete in der virtuellen Realität zu testen. Das Projekt begann bereits 2014 und kostete fast 270 Millionen Rubel. Am 30. Januar 2018 wurde ein Gesetz zur Annahme von Arbeiten zur Entwicklung von Software für virtuelle Tests unterzeichnet.
Was kann in Zukunft
Es gibt viele Möglichkeiten. Supercomputer können verwendet werden, um die Genauigkeit meteorologischer Vorhersagen und Diagnosen zu erhöhen, die Beziehung zwischen Genen und Krebs zu identifizieren, Turbulenzen und Verbrennungsprozesse zu simulieren, neue Materialien und Medikamente zu entwickeln, die Arbeit neuer Technologien zu simulieren und Verformungen von Feststoffen unter Berücksichtigung von Zerstörungsprozessen zu berechnen. Kontrolle über Drohnen, Modellierung des Einsatzes moderner Waffen, Analyse von Daten von Satelliten und Drohnen, Kryptographie, Modellierung der Wirkung elektromagnetischer Strahlung auf Verbundwerkstoffe (insbesondere auf Flugzeugbeschichtungen), Modellierung der Gehirnarbeit usw.
Supercomputer werden auch an der Erstellung von Persönlichkeitsprofilen und der Implementierung von Gesichtserkennungssystemen, der Überwachung von Aktivitäten und der sozialen Bewertung in China beteiligt sein. Nach einigen Prognosen können Supercomputer das gesamte Wettersystem der Erde genau simulieren, nachdem sie eine Leistung von mehr als 1 Zetaflop (1000 Exaflops) erreicht haben. Das Erscheinen solcher Maschinen wird bis 2030 erwartet.
Tracking-System in Guiyang, China.
Wer hat Zugang
Es kommt nicht nur auf die Leistung des besten Supercomputers an, sondern auch auf die Gesamtzahl der Maschinen im Land und deren Verfügbarkeit. Je mehr Rechenzentren, je mehr Organisationen und Institutionen darauf zugreifen können, desto mehr Aufgaben können gelöst werden.
In Russland nutzen derzeit 2.500 Spezialisten aus 20 Abteilungen der Moskauer Staatsuniversität, mehr als 100 Instituten der Russischen Akademie der Wissenschaften und mehr als 100 Universitäten in Russland die Fähigkeiten eines einzigen Supercomputerkomplexes der Moskauer Universität.
Laut dem Top500-Projekt ist China das Land mit der größten Anzahl von leistungsstarken Computern im Juni dieses Jahres: Es besitzt 206 Supercomputer aus der Rangliste (vor sechs Monaten gab es 201 Systeme). Gleichzeitig reduzierten die Vereinigten Staaten ihren Anteil am Rating von 143 Systemen auf 124. Es ist jedoch festzustellen, dass die Vereinigten Staaten in Bezug auf die Gesamtleistung aller Systeme im Land diesmal China überholten. Die Gesamtproduktivität Amerikas beträgt 38,2% der Gesamtproduktivität der Top500, während die Chinas 29,1% beträgt.
Die durchschnittliche Leistungssteigerung von Supercomputern in der Welt.
Japan (36 Systeme), Großbritannien (22 Systeme), Deutschland (21 Systeme), Frankreich (18 Systeme) liegen in Bezug auf die Anzahl der Supercomputer hinter China und den USA.
Russland hat vier Supercomputer in der Rangliste - einen mehr als in der vorherigen Liste vor sechs Monaten. Lomonosov-2 belegte den 72. Platz, ein Computer in Roshydromet den 172. Platz, Lomonosov den 326. Platz, einen Supercomputer im Kurchatov Institute die 458. Zeile der Bewertung.
Was weiter?
Und dann werden die fortgeschrittenen Länder daran arbeiten, die physischen Einschränkungen bestehender Supercomputer zu überwinden. Die Unternehmen werden sich auf die Entwicklung von Technologien wie Siliziumphotonik, neuromorphem und Quantencomputing, Biocomputern und zellularen Computern konzentrieren. Beispielsweise startete IBM 2014 Forschungsprogramme in den ersten Bereichen mit einem Finanzierungsvolumen von 3 Milliarden US-Dollar.
Die Beschleunigung der Entwicklung neuer Materialien und Technologien mit Hilfe von Supercomputern in verschiedene Richtungen kann letztendlich einen kumulativen Riesenimpuls für die Entwicklung der Länder und ihre technologische Trennung von Wettbewerbern geben. Das schnelle Wachstum der Computerproduktivität wird sogar als Revolution in der Entwicklung der Zivilisation bezeichnet.
Ilya Plechanow
