Šta je superkompjuter, kako funkcioniše i koji su najmoćniji superračunari na svetu?

Što se razvoja tehnologije tiče, u posljednjih četrdesetak godina stvari su se tako brzo promijenile da sada imamo super-računare koji nam pomažu da razumijemo svijet, organiziramo podatke i radimo brže nego ikada prije. Ali šta su zapravo superračunari, kako funkcionišu i za šta se koriste? Više o tome saznat ćete u nastavku ovog članka.

Šta je superkompjuter?

Superkompjuter obavlja istu funkciju skladištenja i obrade podataka kao i običan personalni računar, ali u tolikoj meri da je to teško i zamisliti. Unutar superkompjutera nalazi se nekoliko klastera procesorskih jedinica koje pomažu u obavljanju operacija milion puta brže od vašeg prosječnog laptopa ili desktop računara. Dok su stariji računari mjereni u IPS-u (instrukcije u sekundi), superračunari se mjere u FLOPS-ima (operacije s pomičnim zarezom u sekundi). Što je broj veći, to je superkompjuter moćniji.

Trenutno najbrži superkompjuter na svijetu je Frontier, koji je razvio Hewlett Packard Enterprise, koji se nalazi u Tennesseeju, SAD. Superkompjuter je koštao nevjerovatnih 600 miliona dolara, a svaki od njegova 74 ormarića težak je oko 3.630 kilograma. Upravo je ove godine taj kompjuter svrgnuo s trona najbrži japanski superkompjuter Fugaku, koji je ranije nosio tu titulu. Frontier je prvi superkompjuter na svijetu u eksaskali, što znači da može izvesti jedan kvintilion kalkulacija s pomičnim zarezom (koji se nazivaju i exaflops ili EFLOPS) u sekundi. Za referencu, Appleov najmoćniji M1 Ultra čip ima brzinu od oko 21 teraflops ili TFLOPS (jedan trilion FLOPS). I dok je to impresivno, bićete iznenađeni kada saznate da je superkompjuter Earth Simulator japanskog tehnološkog giganta NEC Corporation već 2002. godine dostigao brzinu od oko 36 teraflopsa!

Za šta se koriste superračunari?

Utvrdili smo da su superračunari zaista brzi, ali šta zapravo rade? Kakva je korist od njih? Superračunari se mogu koristiti u bilo kojoj oblasti koja zahtijeva obradu velikih količina podataka. Evo nekoliko primjera:

• vremenska prognoza

Možda je najjednostavnija primjena superkompjutera poboljšanje tačnosti vremenske prognoze. Prikupljanjem i obradom više vremenskih podataka i uzimajući u obzir tačnost prethodnih predviđanja, superračunari nam pomažu da preciznije i brže predvidimo vrijeme.

• Za pokretanje simulacija

Pokretanje simulacija je odličan način da se predvidi ishod aktivnosti, a da se to zapravo ne radi. Na primjer, simulacije leta pomažu u razumijevanju atmosferskog otpora i stvaranju više aerodinamičnih dizajna. Ovo pomaže da avion bude bezbedniji i ekonomičniji. Drugi primjer je izvođenje simulacija nuklearnih testova i izvođenje eksperimenata i demonstracija za vojnu upotrebu. Testovi koji se mogu izvoditi u simulaciji bi se inače morali izvoditi sa stvarnom opremom koja košta višestruko više.

• Naučno istraživanje

Naučnici obično rade s velikim količinama podataka, a superračunari olakšavaju posao tako što brže daju rezultate. Tokom proteklih godina, IBM-ov Supercomputing Summit je pomogao da se istraže niz korisnih stvari, omogućavajući istraživačima da, na primjer, izvedu “veoma veliki broj kalkulacija u epidemiologiji, bioinformatici i molekularnom modeliranju”. Superkompjuteri su takođe korisni za NASA-ine naučnike da „simuliraju kretanje vazdušnih masa i vode oko planeta kako bi proučavali Zemljinu klimu, tražili egzoplanete, proučavali ponašanje crnih rupa ili dizajnirali aeronautička ili svemirska vozila“.

Super-brzi razvoj super-računara

Možda ste svjesni poznatog Mooreovog zakona. On kaže da se brzina računara udvostručuje svake dvije godine, što rezultira eksponencijalnim rastom njihove procesorske snage, što nam omogućava da obavljamo sve zahtjevnije zadatke za koje smo ranije mislili da su nemogući. Prije samo deset godina, koncepti poput virtualne stvarnosti, igrica u oblaku, metaverzuma i mnogih drugih bili su ograničeni na maštu nekolicine odabranih stručnjaka i štrebera. Danas smo već na putu da sve ovo ostvarimo, jer računari postaju napredniji nego ikada ranije. Srećom, ne morate biti stručnjak da biste iskoristili prednosti tehnologije.

Koji su najmoćniji i najbrži superračunari na svijetu?

Sada kada smo rekli nešto o tome šta su superkompjuteri i čemu služe, vrijeme je da kažemo nešto o tome koji su trenutno najmoćniji i najbrži superračunari na svijetu.

1. Frontier (SAD)

Frontier je 2022. godine izgradila američka multinacionalna IT kompanija Hewlett Packard Enterprise u saradnji sa svojom podružnicom Cray. To je prvi superkompjuter na svijetu, što znači da može izvršiti najmanje jedan kvintilion (10^18) izračuna u sekundi.

Frontier ima ukupno 8,730,112 jezgri i postiže 1,1 EFLOPS (ili exaflops) na Linpack benchmark testovima. Zasnovan je na najnovijoj arhitekturi HPE Cray EX235a i koristi kombinaciju AMD-ove treće generacije 64-jezgrenog 2GHz 7A53s CPU-a i MI250X GPU-a. Frontier je takođe najefikasniji superkompjuter na svetu, sa ocenom energetske efikasnosti od 52,23 gigaflopsa/vat. Svaki od njegova 74 kompjuterska ormarića težak je oko 8.000 funti (~3,63 tone), a cijeli sistem koštao je nevjerojatnih 600 miliona dolara ukupno.

2. Fugaku (Japan)

Fugaku je 2020. godine napravio japanski IT gigant Fujitsu, kao nasljednik starijeg računara kompanije K izgrađenog 2011. godine. Dizajniran je da riješi najveće svjetske probleme.

Fugaku je bio najbrži superkompjuter na svijetu prije nego što ga je Frontier svrgnuo s trona u maju 2022. Ima ukupno 7.630.848 jezgara i postiže impresivnih 442 PFLOPS (ili petaflopsa), što znači da može izvršiti 442 kvadriliona izračunavanja u sekundi. Radi na Fujitsu-ovom 48-jezgarnom 2,2GHz A64FX procesoru i ima ocjenu energetske efikasnosti od samo 14,78 gigaflopsa/vat, što ga čini prilično neefikasnim prema današnjim standardima. Sistem je koštao više od milijardu dolara, a svaki njegov ormarić težak je 1,6 tona, što je ukupno oko 700 tona.

3. LUMI (Finska)

LUMI (Velika objedinjena moderna infrastruktura) je izgrađen 2022. od strane HPE-a i nalazi se u Finskoj, što ga čini najbržim superkompjuterom u Evropi. LUMI ima ukupno 1,110,144 jezgra i radi brzinom od 151,9 PFLOPS. LUMI radi na istom procesoru kao Frontier i ima ocjenu energetske efikasnosti od 51,63 gigaflopsa/vat, što ga čini drugim najefikasnijim superkompjuterom na svijetu.

4. samit (SAD)

2018. godine IBM je izgradio Summit za sprovođenje naučnih istraživanja. Nalazi se u Oak Ridge National Laboratory u SAD-u, odnosno na istoj lokaciji kao Frontier. Summit ima ukupno 2,414,592 jezgra i postiže 148,6 PFLOPS. Summit radi na IBM POWER9 3,07GHz CPU-ima sa 22 jezgra i Nvidia Tesla V100 GPU-ima i ima ocjenu energetske efikasnosti od 14,72 gigaflopsa/vat, slično kao i Fugaku.

5. Sijera (SAD)

Sierra je napravljena 2018. godine i vrlo je slična Sumitu, jer oba superkompjutera koriste istu 22-jezgrenu IBM POWER9 CPU arhitekturu i Nvidia Tesla V100 GPU. Međutim, dok je Summit stvoren za naučna istraživanja, Sierra je stvorena za pokretanje simulacija za testiranje i održavanje nuklearnog oružja Sjedinjenih Država. Izvođenjem simulacija nuklearnog oružja, Nacionalna administracija za nuklearnu sigurnost SAD-a (NNSA) može provjeriti učinkovitost svog nuklearnog oružja bez fizičkog testiranja, što pomaže u uštedi troškova. Sierra ima ukupno 1,572,480 jezgara i postiže 94,64 PFLOPS i ima energetsku efikasnost od 12,72 gigaflopsa/vat.

6. Sunway TaihuLight (Kina)

Šesti na listi je naš prvi kineski superkompjuter, Sunway TaihuLight. Izgrađen je 2016. godine za razne namjene kao što su prognoza vremena, farmaceutska istraživanja, biološka naučna istraživanja i još mnogo toga. Sunway TaihuLight ima ukupno 10,649,600 CPU jezgara i postiže 93,01 PFLOPS. Radi na Sunway SW26010 procesoru od 260 jezgara od 1,45 GHz i ima ocjenu energetske efikasnosti od samo 6,05 gigaflopsa/vat, što ga čini najmanje efikasnim superkompjuterom na ovoj listi.

7. Perlmutter (SAD)

Izgrađen 2021. godine od strane HPE, Perlmutter je sedmi najmoćniji superkompjuter na svijetu nazvan po dobitniku Nobelove nagrade Saulu Perlmutteru. Baš kao i Sunway TaihuLight, napravljen je za različite svrhe, uključujući simulacije nuklearne fuzije, klimatske projekcije, materijalna i biološka istraživanja i kompjutersku kosmologiju.

Trenutno se nalazi u Nacionalnom centru za energetska istraživanja (NERSC) i koristi ga Ministarstvo energetike Sjedinjenih Država. Perlmutter koristi AMD 7763 64-jezgarni 2,45GHz CPU i Nvidia A100 GPU i ima ukupno 761,856 jezgara i ima brzinu od 70,87 PFLOPS, i ima ocjenu energetske efikasnosti od 27,37 gigaflops/watt.

8. Selena (SAD)

Selene je dizajnirala Nvidia 2020. godine i dobila je ime po grčkoj boginji mjeseca. Njegova najistaknutija svrha ostvarena je 2020. godine kada ga je Nacionalna laboratorija Argonne sa sjedištem u Illinoisu upotrijebila za proučavanje koronavirusa i potencijalnog lijeka. Selene se također koristi za obuku Googleovog modela obrade prirodnog jezika BERT. Selene ima ukupno 555,520 jezgara i postiže 63,46 PFLOPS-a na benchmarkovima. Izgrađen je na NVIDIA DGX SuperPOD referentnoj arhitekturi i radi na AMD 7742 64-jezgarnim procesorima od 2,25 GHz. Ima ocjenu energetske efikasnosti od 24 gigaflopsa/vat.

Superračunari više nisu stvar fikcije. Oni su stvarni, postoje i koriste se za razne složene aktivnosti

Zaista je nevjerovatno vidjeti koliko su superračunari moćni. Posao za koji bi ljudima trebalo nekoliko godina da završe, a običnim personalnim računarima nekoliko sedmica, superračunari mogu da urade za sekunde. Neće proći dugo dok Frontier ne prestigne drugi superkompjuter, koji je brži i efikasniji.

Moderni laptopi, desktop računari i konzole za igre već se mogu klasifikovati kao superkompjuteri, ali oni ne odgovaraju najboljem što je čovek smislio. Srećom, kao što je priroda tehnologije, ona će nastaviti da se smanjuje i na kraju će završiti u našim ličnim uređajima, pomažući nam da proširimo naše lično znanje i stvorimo ogromnu novu industriju, spremnu za dalje oblikovanje.

Piše: DM

Članak Šta je superkompjuter, kako funkcioniše i koji su najmoćniji superračunari na svetu? prvi put se pojavio na PC CHIP-u.
pcchip.hr