Superkomputery są niezbędne we wszystkich obszarach innowacji, konkurencyjności przemysłu i wzrostu gospodarczego. Narody i organizacje polegają na superkomputerach przy rozwiązywaniu najtrudniejszych problemów na świecie i realizowaniu znaczących projektów społecznych, środowiskowych i gospodarczych, wskazuje w komentarzu eksperckim Paweł Wójcik, HPE IHG BU Lead.
Ogromne, wyspecjalizowane możliwości obliczeniowe superkomputerów są również kluczowe dla umożliwienia rozwoju sztucznej inteligencji w skali, która wymaga przetwarzania, szkolenia i przechowywania znacznych zbiorów danych. Możliwości te pozwalają nam budować większe, solidne modele uczenia maszynowego, potrzebne do dokładnego przewidywania wyników i pomagające nam szybciej podejmować trafne decyzje. Znaczący skok technologiczny w dziedzinie superkomputerów znacząco ułatwia nam sytuację.
Znaczące osiągnięcie w dziedzinie superkomputerów – odpowiednik lądowania na Księżycu – to przełamanie bariery szybkości exascale, aby rozwiązywać problemy
10-krotnie szybciej, na poziomie 1 000 000 000 000 000 000 obliczeń na sekundę.
Szybkość eksaskalowa oznacza pokonanie dotychczasowych ograniczeń wydajności, przyśpieszając tempo rozwoju nauki: od bardziej precyzyjnego modelowania i symulowania interakcji na poziomie fizycznym, biologicznym i molekularnym, po szybsze wdrażanie innowacji i rozwiązywanie problemów.
Oznacza to również możliwość skuteczniejszego badania występujących globalnie wirusów i szybszego wynajdywania zwalczających je szczepionek. Zwiększenie szybkości umożliwi precyzyjne prognozowanie tras huraganów, co pozwoli odpowiednio wcześnie ewakuować mieszkańców, ratując im życie. Szybkość, która pomoże znaleźć sposoby na stworzenie zrównoważonej przyszłości poprzez efektywne wykorzystanie większej ilości odnawialnej energii pochodzącej ze słońca, wiatru, wody, a wkrótce być może także z fuzji jądrowej, do zasilania naszych domów i osiedli.
Frontier – pierwszy i najszybszy na świecie superkomputer
Frontier superkomputer zbudowany przez HPE dla Laboratorium Narodowego Departamentu Energii USA w Oak Ridge, umożliwi badaczom, naukowcom i inżynierom udzielenie odpowiedzi na pytania, o których nigdy nie wiedzieliśmy, że można je zadać.
Jako superkomputer dedykowany nauce, Frontier przyniesie korzyści globalnym społecznościom w zakresie współpracy nad badaniami i korzystania z zasobów, w tym możliwości dostępu do znacznie większych modeli sztucznej inteligencji AI, które mogą być wykorzystywane do szybszego przewidywania wyników w odkryciach naukowych.
Korzystając z Frontiera, naukowcy i badacze osiągnęli już pierwsze wyniki i przełomowe odkrycia naukowe. Obejmują one zrozumienie, dlaczego niektóre warianty COVID-19 są łatwiej przenoszone niż inne, do postępu naszej wiedzy w dziedzinie fizyki, aby ulepszyć akceleratory plazmowe, które wytwarzają więcej energii, aby lepiej poznać technologie promieniowania, które są powszechnie stosowane do wielu celów komercyjnych.
Przykładowe badania z użyciem Frontier obejmują:
• Skrócenie czasu analizy wszystkich mutacji COVID-19 i ich zakaźności z 1 tygodnia do 24 godzin. W projekcie analizy dużych ilości danych genomowych, komputer Frontier przeanalizował wszystkie rodzaje genomu COVID-19, pozwalając lepiej zrozumieć mechanizm powodujący, że niektóre odmiany są bardziej zakaźne.
Analiza wykazała, że istnieją dziesiątki tysięcy odmian, co powoduje, że różne szczepy okazały się bardziej zakaźne w różnych częściach świata. Naukowcom udało się również skrócić analizę o 6,3x – z jednego tygodnia do jednej doby.
• Przyspieszenie procesu rozszczepienia jądra atomu poprzez ulepszoną konstrukcję laserowych akceleratorów elektronów. Korzystający z Frontier i innych wiodących superkomputerów naukowcy byli w stanie dokonać symulacji akceleratorów plazmy 500x szybciej niż kiedy rozpoczynali swoje badania 6 lat temu. Akceleratory plazmy służą do nadania wysokiej prędkości naładowanym cząstkom, takim jak elektrony, pozytony i jony, co ma na celu przyspieszyć proces rozszczepiania jąder atomów.
Dotychczasowe akceleratory cząstek, choć mniej wydajne, są niezbędne w wielu zastosowaniach komercyjnych, od leczenia raka za pomocą radioterapii po produkcję półprzewodników do chipów komputerowych. Dzięki zaawansowanym symulacjom plazmy, które pozwolą na stworzenie jeszcze większych akceleratorów cząstek, naukowcy będą mogli przeprowadzać eksperymenty z zakresu fizyki wysokich energii, co znacznie przyspieszy odkrycia naukowe.
• Przyspieszenie diagnostyki i leczenia dzięki łatwiejszemu dostępowi do literatury biomedycznej poprzez sztuczną inteligencję. Naukowcy wykorzystali superkomputer Frontier do przeprowadzenia eksperymentu, który nie był możliwy przed uzyskaniem możliwości eksaskalowych, ponieważ polega na wykorzystaniu sztucznej inteligencji do eksploracji na ogromną skalę dostępnej literatury nt. badań biomedycznych, na którą składają się dziesiątki milionów artykułów naukowych. Artykuły te obejmują dziesięciolecia badań w takich dziedzinach jak terapie lekowe, chirurgia, procedury diagnostyczne i środki profilaktyczne.
Dzięki możliwości zastosowania eksaskalowej szybkości obliczeń, naukowcy skonstruowali reprezentacje graficzne baz danych z adnotacjami, umożliwiające łatwiejsze wyszukiwanie informacji biomedycznych, co przekłada się na lepszą diagnostykę i skuteczniejsze metody leczenia pacjentów.
Komputery eksaskalowe wzmocnią efektywność sektora komercyjnego i pozwolą na tworzenie lepszych, bezpieczniejszych i wydajniejszych produktów
Systemy eksaskalowe jak Frontier umożliwią również firmom takim jak 3M, Boeing, General Electric (GE), General Motors czy Procter&Gamble (które już korzystają z zasobów superkomputerowych amerykańskiego Departamentu Energii) skuteczniejsze działania badawczo-rozwojowe, co przełoży się na lepsze i bezpieczniejsze produkty, z których wszyscy korzystamy na co dzień.
Na przykład GE Research, światowy lider z ponad stuletnim doświadczeniem i długą historią innowacyjnych rozwiązań dla przemysłu lotniczego, energetyki i opieki zdrowotnej, planuje wykorzystać komputer Frontier do przeprowadzenia transformacji branży lotniczej w ramach swej strategii „Future of Flight”. Naukowcy z GE chcą prowadzić eksaskalowe modelowanie, symulacje i obliczenia z zakresu dynamiki płynów – niezbędne dla optymalizacji parametrów samolotu – co pozwoli na analizę parametrów, sprawności i bezpieczeństwa silników odrzutowych kolejnej generacji bez konieczności przeprowadzania fizycznych testów. Badania te pozwolą znacznie szybciej projektować produkty oraz skrócą czas ich wprowadzania na rynek.
Jednym z celów, jakie firma chce osiągnąć dzięki tym badaniom, jest zdolność do projektowania bardziej ekologicznych, wydajnych i zeroemisyjnych silników odrzutowych.
Nowa era inżynierii i odkryć naukowych dzięki obliczeniom eksaskalowym.
Biorąc pod uwagę kluczowe znaczenie superkomputerów dla działań badawczo-rozwojowych w wielu sektorach, które stymulują wzrost gospodarczy i wzmacniają bezpieczeństwo narodowe, wykorzystanie eksaskalowej mocy obliczeniowej przełoży się na jeszcze większą konkurencyjność państw i instytucji.
Era eksaskali umożliwi przełomowe rozwiązania inżynieryjne, które są kluczowe dla rozwoju technologii nowej generacji i otwarcia drzwi dla innowacji.
Postępy technologiczne umożliwione przez komputery eksaskalowe to m.in.:
• Lepsze modelowanie i symulacje dające bardziej realistyczne modele – Modelując i symulując z prędkością eksaskalową oraz przy wykorzystaniu możliwości sztucznej inteligencji i uczenia maszynowego, naukowcy uzyskają większą szczegółowość i dokładność modeli niezbędnych w ich pracy. Będzie to miało wpływ na takie obszary, jak dokładne modelowanie ludzkiego mózgu w celu przyspieszenia badań medycznych czy poprawa analizy obrazu i danych atmosferycznych w celu lepszej identyfikacji wzorców pogodowych występujących na danym obszarze.
• Wykorzystanie sztucznej inteligencji na dużą skalę do rozwiązywania problemów nierozwiązywalnych – Dzięki wydajności eksaskalowej użytkownicy mogą budować 4,5x szybsze i 8x większe modele sztucznej inteligencji, co pozwala trenować je na większej ilości danych, co z kolei przekłada się na większą trafność przewidywań i szybsze osiąganie wyników badań. Modele te pomogą rozwinąć techniki w obszarach takich jak przetwarzanie języka naturalnego czy wizja komputerowa, które są niezbędne do pełnego wykorzystania możliwości, jakie niesie ze sobą sztuczna inteligencja.
• Szybszy rozwój technologii kwantowej – Superkomputery są cennym narzędziem ze względu na swą przewagę obliczeniową. Eksaskalowa moc obliczeniowa pozwoli naukowcom przeprowadzić wczesne etapy testowania i optymalizacji pod kątem zastosowań kwantowych, co podniesie poziom dojrzałości technologii kwantowej.
Łączenie technologii takich jak specjalnie zaprojektowane połączenia międzysytemowe, pamięć masowa czy oprogramowanie w dostępnym i łatwym do zarządzania modelu może pozwolić firmom łatwiej radzić sobie z wymagającymi aplikacjami. Sztuczna inteligencja może zostać wykorzystana na dużą skalę w celu rozwiązania problemów, które były zbyt trudne do przeanalizowania przy użyciu tradycyjnego modelowania i symulacji. Era eksaskali daje nam moc obliczeniową niezbędną do przejścia do wczesnych zastosowań Quantum.
Są to m.in. wsparcie analizy ogromnych ilości danych czy tworzenie skuteczniejszych modeli uczenia maszynowego. Zdolności te mogą przynieść korzyści wielu branżom. Pozwolą m.in. na szybsze opracowywanie leków w firmach farmaceutycznych; prognozowanie najważniejszych trendów na giełdach i w handlu, zapobieganie i wykrywanie oszustw w instytucjach finansowych; symulowanie wypadków samochodowych, co pozwoli branży motoryzacyjnej opracowywać bezpieczniejsze pojazdy.
