Способността на най-бързия суперкомпютър в света да пресмята числа е трудна за обяснение, но компютърният учен Джак Донгара от University of Tennessee го описва пред MIT Technology Review така: "Ако всички на Земята правеха по едно изчисление в секунда, щяха да са необходими четири години, за да се изравнят с това, което този компютър може да направи за една секунда."

Въпросният суперкомпютър се нарича Frontier и заема площ на два тенис корта в Oak Ridge National Laboratory в Тенеси, където е представен през май 2022 г.

Ето още някои спецификации: Frontier използва приблизително 50 000 процесора, в сравнение с 16 или 24 процесора на най-мощния лаптоп. Той консумира 20 милиона вата, в сравнение с около 65 вата на един лаптоп. Изграждането му струва 600 милиона долара.

С пускането на Frontier в експлоатация се поставя началото на т.нар. екзамащабни изчисления с машини, които могат да изпълняват екзафлоп - или квинтилион операции в секунда. От представянето му насам учените се подготвят за създаването на още такива изключително бързи компютри, като през 2024 г. в САЩ и Европа трябва да заработят няколко екзаскейл машини.

Но скоростта сама по себе си не е крайната цел на играта, посочва още MIT Technology Review. Изследователите създават екзамащабни компютри, за да изследват недостъпни досега научни и инженерни въпроси в областта на биологията, климата, астрономията и т.н. През следващите няколко години учените ще използват Frontier, за да изпълняват най-сложните компютърни симулации, които хората някога са създавали. Те се надяват да намерят отговори на все още неизяснени въпроси, свързани със заобикалящия ни свят, и да разработят нови технологии в различни области - от транспорта до медицината.

Какво е суперкомпютър - понятието, с което САЩ наказват КитайС набор от нови правила САЩ целят да забави технологичния и военен напредък на Пекин
Еван Шнайдер от University of Pittsburgh например използва Frontier, за да симулира как нашата галактика се е развивала с течение на времето. В частност тя се интересува от потока на газ в и извън Млечния път. Галактиката в известен смисъл диша - в нея се влива газ, който чрез гравитацията се слива в звезди, но газът също така изтича, когато звездите експлодират и освобождават материя. Шнайдер изучава механизмите, чрез които галактиките “издишват” този газ.

"Можем да сравняваме симулациите с реално наблюдаваната Вселена и това ни дава представа дали сме разбрали правилно физиката", казва Шнайдер.

Тя разчита на Frontier, за да изгради компютърен модел на Млечния път с достатъчно висока разделителна способност, за да може да наблюдава отделните експлодиращи звезди. Това означава, че моделът трябва да улови широкомащабните свойства на нашата галактика на 100 000 светлинни години, както и свойствата на свръхновите на около 10 светлинни години.

"Това наистина не е правено", казва тя и обяснява постижението си по отношение на разделителната способност така: “Това би било аналогично на създаването на физически точен модел на кутия бира заедно с отделните клетки на дрождите в нея и взаимодействията между тях във всеки междинен мащаб”.

Стефан Прибе, старши инженер в GE, използва Frontier за симулиране на аеродинамиката на следващото поколение самолетни конструкции. За да увеличи горивната ефективност, GE проучва дизайн на двигател, известен като "отворена архитектура на вентилатора". Реактивните двигатели използват вентилатори, за да генерират тяга, а по-големите вентилатори означават по-висока ефективност. За да бъдат те още по-големи, инженерите предлагат да се премахне външната структурна рамка, известна като гондола, така че лопатките да бъдат открити като при зъбчато колело.

"Симулациите ни позволяват да получим подробна представа за аеродинамичните характеристики на ранен етап от проектирането", казва Прибе, като добавя, че те също така дават на инженерите представа как да оформят перките на вентилатора за по-добра аеродинамика или за да ги направят по-тихи.

Европейският съюз иска да произведе първия квантов суперкомпютърЕвропейският съюз иска да произвежда една пета от високотехнологичните микропроцесори от ново поколение в края на настоящото десетилетие
Суперкомпютърът ще бъде от особена полза за проучванията на Прибе по отношение на турбулентността - хаотичното движение на флуиди, в този случай въздух, около вентилатора.

Турбулентността е често срещано явление. Виждаме я в разбиването на океанските вълни и в дима, който се издига от угасена свещ. Но учените все още се затрудняват да предскажат как точно ще протече турбулентният флуид, тъй като той се движи в отговор както на макроскопични въздействия, като например промени в налягането и температурата, така и на микроскопични въздействия, като например триенето на отделните молекули азот във въздуха. Взаимодействието на силите в различни мащаби усложнява флуидното движение, посочват от MIT Technology Review.

"По време на моята аспирантура един професор веднъж ми каза: "Бронсън, ако някой ти каже, че разбира от турбулентност, трябва да сложиш едната си ръка на портфейла и да излезеш от стаята, защото се опитва да ти продаде нещо", казва астрофизикът Бронсън Месър, научен директор в Oak Ridge Leadership Computing Facility, където се помещава Frontier. "Никой не разбира турбуленцията. Това наистина е последният голям проблем на класическата физика."

Тези научни изследвания илюстрират силната страна на суперкомпютрите: симулирането на физически обекти в множество мащаби едновременно. Други приложения са гранични с тази тема. Frontier например дава възможност за по-точни климатични модели, които трябва да симулират времето в различни пространствени мащаби по цялата планета, а също и в дълги и кратки времеви мащаби. Физиците могат също така да симулират ядрен синтез - турбулентен процес, при който Слънцето генерира енергия чрез притискане на атоми, за да се образуват различни елементи. Те искат да разберат по-добре този процес, за да развият термоядрения синтез като чиста енергийна технология. И макар че този вид многомащабни симулации са основна част от суперкомпютрите от много години, Frontier може да изпълнява много по-широк спектър от симулации от всеки от своите предшественици.

За да използват Frontier, учените, които получават достъп до него, влизат в суперкомпютъра от разстояние, като подават задачите си по интернет. А за да могат те да се възползват максимално от машината, домакините от Oak Ridge National Laboratory се стремят около 90% от процесорите на суперкомпютъра да извършват изчисления 24 часа в денонощието, седем дни в седмицата.

"Навлизаме в такова стабилно състояние, при което непрекъснато правим научни симулации в продължение на няколко години", казва Месер.

IBM обяви важно за квантовите изчисления откритие Грешките са основен проблем пред технологията, но учените са направила важна крачка за коригирането им
Потребителите съхраняват данните си в съоръжение на лабораторията, което има капацитет 700 петабайта, еквивалент на около 700 000 преносими твърди диска.

Нови супербързи суперкомпютри

Въпреки че Frontier е първият екзамащабен суперкомпютър, тепърва се очаква да се появят още такива платформи. В САЩ изследователите в момента инсталират две подобни машини, които ще могат да работят на повече от два екзафлопа -Aurora, в Argonne National Laboratory в Илинойс, и El Capitan, в Lawrence Livermore National Laboratory в Калифорния. От началото на 2024 г. учените планират да използват Aurora за създаване на карти на невроните в мозъка и за търсене на катализатори, които биха могли да направят по-ефективни промишлени процеси като производството на торове.

El Capitan, който също е планирано да заработи през 2024 г., ще симулира тестове на ядрени оръжия, за да помогне на правителството на САЩ да поддържа запасите си без реални изпитания.

Междувременно Европа планира да пусне в експлоатация първия си екзамащабен суперкомпютър - Jupiter, в края на 2024 г.

Предполага се, че Китай също разполага с екзамащабни суперкомпютри, но не е публикувал резултати от стандартни сравнителни тестове за тяхната производителност, поради което компютрите не фигурират в TOP500 - списък на най-бързите суперкомпютри в света, който се осъвременява на всеки шест месеца.

"Китайците се опасяват, че САЩ ще наложат допълнителни ограничения по отношение на технологиите, които отиват към страната, и не желаят да разкриват колко от тези високопроизводителни машини са налични там", казва Донгара, който е разработил списъка с условия, които суперкомпютрите трябва да изпълнят, за да попаднат в TOP500.

IBM: Квантовите процесори ще започнат да изместват конвенционалнитеАмериканският технологичен гигант IBM обяви, че е разработил квантов процесор, който, според ръководството на компанията, може да измести конвенционалните микрочипове от много сегменти на пазара в следващите две години
Гладът за повече изчислителна мощ обаче не спира до екзаскейл суперкомпютрите. В Oak Ridge вече обмислят следващото поколение компютри, които се очаква да имат от три до пет пъти по-голяма изчислителна мощност от Frontier. Пред тях обаче се очертава едно голямо предизвикателство - огромният енергиен отпечатък. Енергията, която Frontier консумира, дори когато работи на празен ход, е достатъчна за функционирането на хиляди домакинства, а това прави постоянното увеличение на изчислителните възможности неустойчиво.

Затова и инженерите на лабораторията работят за подобряване на ефективността на машините с различни нововъведения, включително нов метод за охлаждане.

Summit, предшественикът на Frontier, който все още работи в Oak Ridge, изразходва около 10% от общата си консумация на енергия, за да се охлажда. За сравнение, едва 3-4% от потреблението на енергия на Frontier е насочена към тази дейност. Това подобрение се дължи на използването на вода с температура на околната среда за охлаждане на суперкомпютъра, а не на охладена такава.

Суперкомпютрите от следващо поколение ще могат да симулират още повече мащаби едновременно. С Frontier например симулацията на галактиката на Шнайдер има разделителна способност до десетки светлинни години. Това все още не е достатъчно, за да се стигне до мащаба на отделните свръхнови, така че изследователите трябва да симулират експлозиите една след друга. Един бъдещ суперкомпютър може да успее да обедини всички тези мащаби.

“Като симулират по-реалистично сложността на природата и технологиите, тези суперкомпютри разширяват границите на науката. Една по-реалистична симулация на галактика приближава учените до необятността на Вселената. Прецизният модел на въздушната турбуленция около самолетен вентилатор пък заобикаля необходимостта от изграждане на скъпоструващи тунели за тестове на аеродинамиката. По-добрите климатични модели на свой ред помагат на учените да прогнозират по-точно съдбата на нашата планета. С други думи, суперкомпютрите ни дават нов инструмент, за да се подготвим за едно несигурно бъдеще”, пише в заключение MIT Technology Review.