Nem todo mundo entende por que precisamos de supercomputadores caros. Talvez seja um show-off e um desperdício de dinheiro? Vamos tentar descobrir …
Uma nova classificação Top-500 dos supercomputadores mais poderosos do mundo foi publicada. Desta vez, o carro americano ficou com o primeiro lugar, empurrando o "colega" chinês. A IBM lançou o supercomputador mais poderoso, Summit, encomendado pelo Laboratório Nacional Oak Ridge do Departamento de Energia dos EUA. O desempenho de seu sistema foi estimado em 200 petaflops (200 quatrilhões de operações por segundo). Enquanto a China e os Estados Unidos lutam por "medalhas", os carros russos …
… contentam-se com apenas um lugar no oitavo dez. Ilya Plekhanov fala sobre a corrida da computação e as novas possibilidades dos maiores países do mundo com suas máquinas poderosas.
Após o teste Linpack padrão, que captura o desempenho operacional de um supercomputador, o indicador real da Cúpula americana foi de 122,3 petaflops, enquanto o desempenho do ex-campeão, Sunway TaihuLight da China, foi de 93 petaflops. Assim, os Estados Unidos recuperaram a palma da mão nos supercomputadores mais produtivos, perdendo para a China em 2013.
Cúpula do processador.
O novo American Summit consiste em 4.608 servidores IBM AC922 de processador duplo com processadores IBM Power9 de 22 núcleos, cada um equipado com 6 GPUs NVIDIA Tesla V100. As conexões internas usam uma rede Mellanox EDR InfiniBand dual-rail com largura de banda de 200 Gbps por servidor. O supercomputador é executado no sistema operacional Red Hat Enterprise Linux 7.4. O MIT Technology Review relata que o Summit pesa mais do que um avião de passageiros e ocupa 2 quadras de tênis.
Antes mesmo da conclusão final do sistema, os pesquisadores fizeram cálculos contra genomas, durante os quais registraram o desempenho do Summit de 1,88 exaflops. Esta é a primeira vez na história que a barreira de 1 exaflops foi quebrada, de acordo com Thomas Zachariah, diretor do Laboratório Nacional Oak Ridge. No inverno, a China ameaçou lançar um computador com desempenho de 1 exaflops até o final deste ano, ou seja, um quintilhão (10 elevado à 18ª potência) de operações por segundo, enquanto os Estados Unidos anteriormente alocaram $ 258 milhões para criar um supercomputador com desempenho de mais de 1 exaflops até 2021. O desenvolvimento, conforme anunciado em 2017, é realizado por seis empresas americanas - Hewlett-Packard, IBM, Intel, NVIDIA, Cray e AMD.
Som de funcionamento do supercomputador:
Vídeo promocional:
O símbolo do poder do país
O surgimento de outro supercomputador é uma espécie de marco de prestígio e um indicador do que o país pode fazer, se ele tem os recursos e habilidades, o orçamento de centenas de milhões de dólares a mais de um bilhão para criar um supercomputador, há capacidade de energia para fornecimento de energia, soluções de engenharia para remoção de calor, eles têm seus próprios processadores, pessoal qualificado e assim por diante. O Secretário de Energia dos EUA, Rick Perry, comentou sobre a aparência da Summit:
É a questão da segurança nacional que pode ser considerada a chave, uma vez que os Estados Unidos estão pelo menos preocupados com a intenção da China de se tornar líder no campo da inteligência artificial. Afinal, isso significa o uso de IA na esfera militar.
O Sunway TaihuLight chinês, que ficou em segundo lugar, foi um avanço para a China na criação de sua própria computação e base de elementos. Os processadores Sunway TaihuLight são baseados na arquitetura local ShenWei desenvolvida pelo Centro de Design de IC de alto desempenho do estado de Xangai. O sistema de interconexão de nós entre processadores, conhecido como Rede Sunway, também foi desenvolvido na China. Além disso, a Sunway TaihuLight tem sua própria implementação do padrão de software de programação paralela, o sistema operacional SunWay Raise OS 2.0.5 baseado em Linux. Ou seja, a China conseguiu superar sua dependência de elementos americanos e as restrições impostas ao fornecimento de produtos de alta tecnologia desde 2015.
Sunway TaihuLight.
Na Rússia, em 2009, o supercomputador Lomonosov foi instalado na Universidade Estadual de Moscou, que contém 6.654 nós de computação, mais de 94.000 núcleos de processador e tem um desempenho máximo de 1,37 Pflops. O desempenho real do sistema no teste do Linpack é de 674 teraflops, o que o permitiu ocupar o 13º lugar na lista dos 500 computadores mais produtivos do mundo em junho de 2011.
Em março de 2018, a Universidade Estadual de Moscou anunciou que o desenvolvimento foi concluído e a operação de teste começou em uma nova seção do supercomputador Lomonosov-2 com um desempenho máximo de 1,8 Pflops, o que no futuro permitirá que se aproxime do limite de 5 Pflops. A nova seção do supercomputador é baseada nos processadores Intel Skylake multi-core e GPUs NVidia Pascal P100 com suporte de hardware para a interface NVLink de alta velocidade.
"Lomonosov".
Em março, funcionários do Joint Institute for Nuclear Research na cidade de Dubna, na região de Moscou, apresentaram um novo supercomputador "Govorun", que será usado para processar dados do futuro colisor de íons pesados NICA. O desempenho do Govorun é de 1 petaflops. O supercomputador é baseado nos processadores Intel Xeon Phi 7290 e Intel Xeon Gold 6154 de 72 núcleos.
Supercomputadores aparecem na Rússia, mas não com desempenho suficiente para serem incluídos na classificação Top500. Em janeiro deste ano, Igor Chernykh, então chefe interino do Centro de Uso Coletivo "Siberian Supercomputer Center" do ICM & MG SB RAS, disse:
Segundo Oleg Gorbachev, diretor de comunicações corporativas do grupo de empresas RSK, a situação poderia ser corrigida pelo programa nacional:
Tarefas de supercomputador
Um supercomputador é necessário para trabalhar com uma grande quantidade de dados e variáveis - com informações medidas em exabytes (10 à 18ª potência dos bytes) e em yottabytes (10 à 24ª potência dos bytes). E não se trata apenas de volumes, mas também de velocidade. Por exemplo, os cálculos das condições meteorológicas não terão sentido se demorarem mais do que o início de um determinado fenômeno meteorológico.
"Talker".
Outra questão é que as dificuldades surgem não tanto com o número de operações por segundo, mas com a elaboração daqueles algoritmos que requerem tais velocidades e tantos processadores. Ou seja, as capacidades técnicas estão melhorando, mas também precisam de modelos matemáticos, preenchimento de software - uma compreensão de como e o que contar.
Doutor em Ciências Físicas e Matemáticas, Pesquisador-chefe do Instituto de Matemática Aplicada M. V. Keldysh Andrey Kuleshov explica quais são as especificidades do uso da tecnologia de supercomputador:
Portanto, os cientistas russos acreditam que o atraso da Rússia em relação aos Estados Unidos e à China em petaflops não é tão terrível. A chave para o uso eficiente de máquinas é um alto nível matemático e uma classe de especialistas em software na Rússia.
O que você está fazendo agora
Por exemplo, o supercomputador espanhol MareNostrum (como os antigos pagãos romanos chamavam de Mar Mediterrâneo) está localizado nas instalações da antiga capela cristã da Torre Girona e é usado para cálculos de engenharia genética, astrofísicos, na criação de novos medicamentos e na previsão do tempo.
Mas nem tudo está focado apenas na pesquisa científica em grande escala. As empresas também estão usando ativamente supercomputadores. Por exemplo, a Ford usa carros potentes em testes de colisão, onde os carros colidem com um obstáculo e uma tonelada de parâmetros deve ser filmada, medida e analisada. Usar um supercomputador pode reduzir o número de carros reais batidos e os custos de teste em um terço, economizando milhões de dólares.
Usando supercomputadores, a DuPont sintetizou um novo material que não é inflamável, resistente à corrosão e pouco tóxico. Em uma semana, os cálculos necessários foram feitos em um supercomputador, para o qual gastaram no total cerca de US $ 5 mil. O estudo "à moda antiga" custaria pelo menos US $ 50 mil e três meses de trabalho.
Simulação de um crash test por um supercomputador levando em consideração os danos de todos os elementos do carro.
Desde 1990, a parceira do torneio de Wimbledon na área de tecnologia é a empresa norte-americana IBM, que fornece aos organizadores do campeonato o supercomputador Watson. Com a sua ajuda, as redes sociais são analisadas a fim de identificar o humor positivo e negativo dos fãs, fornecer aos comentadores quaisquer dados comparativos dos arquivos e automatizar o marketing e as relações públicas na Internet.
A francesa Total na exploração de petróleo usa um supercomputador para analisar informações sobre o subsolo. A modelagem permite não recorrer à perfuração quando houver dúvida sobre a presença de petróleo. Em um desses casos, o abandono da perfuração economizou cerca de US $ 80 milhões para a empresa.
Quanto ao novo supercomputador americano, alguns projetos terão acesso a ele este ano para modelar o comportamento subatômico dos materiais, identificar fatores causadores do câncer e estudar a interação de proteínas e sistemas celulares. O principal cliente em 2019 será o Departamento de Energia, que o utiliza para o seu cálculo de energias alternativas. O Summit também será usado em aplicativos de inteligência artificial em 2019.
Com a ajuda de um supercomputador russo, o grupo da Faculdade de Mecânica e Matemática da Universidade Estadual de Moscou e do Instituto de Matemática Aplicada da Academia Russa de Ciências obtiveram resultados de modelagem numérica da formação e desenvolvimento de vórtices de ponta em modos supersônicos, dados sísmicos foram processados, para as necessidades da RSC Energia, cálculos foram feitos do fluxo em torno de uma nave espacial durante a frenagem na superfície Terra. O Lomonosov também resolveu o problema de transferência de massa e calor para um reator nuclear promissor. Em abril, cientistas da Faculdade de Física da Universidade Estadual de Moscou investigaram diferentes tipos de reações de polimerização usando simulações de computador no supercomputador Lomonosov-2.
Oficina de montagem da RSC Energia.
Na primavera deste ano, soube-se que Rosatom e Roscosmos estão começando a testar motores para um novo foguete superpesado russo em realidade virtual como parte de uma simulação de supercomputador. O projeto começou em 2014 e custou quase 270 milhões de rublos. Em 30 de janeiro de 2018, foi assinado o termo de aceitação de trabalhos de desenvolvimento de software para testes virtuais.
O que pode no futuro
Existem muitas opções. Supercomputadores podem ser usados para aumentar a precisão de previsões meteorológicas, diagnósticos, para identificar a relação entre genes e câncer, para simular turbulência, processos de combustão, para desenvolver novos materiais, novas drogas, para simular o trabalho de novas tecnologias, para calcular deformações de sólidos levando em consideração processos de destruição, controle sobre drones, modelagem do uso de armas modernas, para análise de dados de satélites e drones, criptografia, modelagem do efeito da radiação eletromagnética em materiais compostos (em particular, em revestimentos de aeronaves), modelagem de trabalho cerebral e assim por diante.
Os supercomputadores também estarão envolvidos na criação de perfis de personalidade e na implementação de sistemas de reconhecimento facial, monitoramento de atividades e classificação social na China. De acordo com algumas previsões, os supercomputadores serão capazes de simular com precisão todo o sistema meteorológico da Terra depois de atingirem um desempenho superior a 1 zetaflops (1000 exaflops). O surgimento dessas máquinas é esperado até 2030.
Sistema de rastreamento em Guiyang, China.
Quem tem acesso
Não é apenas o desempenho do melhor supercomputador que importa, mas também o número total de máquinas do país e sua disponibilidade. Quanto mais data centers, mais organizações e instituições podem acessá-los, mais ampla gama de tarefas pode ser resolvida.
Na Rússia, os recursos de apenas um complexo de supercomputadores da Universidade de Moscou são usados atualmente por 2.500 especialistas de 20 divisões da Universidade Estadual de Moscou, mais de 100 institutos da Academia Russa de Ciências e mais de 100 universidades na Rússia.
De acordo com o projeto Top500, o país com o maior número de computadores superpotentes até junho deste ano é a China: ela possui 206 supercomputadores do ranking (há seis meses eram 201 sistemas). Ao mesmo tempo, os Estados Unidos reduziram sua participação na classificação de 143 sistemas para 124. Mas pode-se notar que, em termos de desempenho agregado de todos os sistemas do país, os Estados Unidos ultrapassaram a China desta vez. A produtividade total da América é 38,2% da produtividade total do Top500, enquanto a da China é de 29,1%.
O aumento médio no poder dos supercomputadores no mundo.
Japão (36 sistemas), Grã-Bretanha (22 sistemas), Alemanha (21 sistemas), França (18 sistemas) estão atrás da China e dos Estados Unidos em termos de número de supercomputadores.
A Rússia tem quatro supercomputadores no ranking - um a mais do que na lista anterior há seis meses. Lomonosov-2 ficou em 72º lugar, um computador em Roshydromet - 172º, Lomonosov - 326ª posição, um supercomputador no Instituto Kurchatov - 458ª linha da classificação.
Qual é o próximo?
E então os países avançados trabalharão para superar as limitações físicas dos supercomputadores existentes. As empresas se concentrarão na criação de tecnologias como fotônica de silício, computação neuromórfica e quântica, biocomputadores e computadores celulares. Por exemplo, em 2014, a IBM lançou programas de pesquisa nas primeiras áreas com um volume de financiamento de US $ 3 bilhões.
A aceleração do desenvolvimento de novos materiais e tecnologias com a ajuda de supercomputadores em diferentes direções pode, em última análise, dar um impulso gigante cumulativo ao desenvolvimento dos países e à sua separação tecnológica dos concorrentes. O rápido crescimento da produtividade do computador é até chamado de revolução no desenvolvimento da civilização.
Ilya Plekhanov
