Laikapstākļu pareģi un molekulārie modelētāji: pieci pasaulē jaudīgākie superdatori  (2)

Mūsdienās gan jebkurš viedtālrunis, ja skatāmies tīri pēc "dzelžu" jaudas, ir daudz, daudz reižu iespaidīgāks par pagājušā gadsimta superdatoriem, kaut gan "dzelži" ne tuvu nav vienīgais, kas nosaka veiktspēju.

Par pirmo komerciāli veiksmīgo superdatoru parasti uzskata "CDC 6600", kaut par to var strīdēties – arī pirms tam tika būvētas tam laikam superjaudīgas elektroniskās smadzenes, piemēram, "IBM 7030 Stretch". Tiesa, tieši "CDC 6600" bija pirmā ierīce, uz kuru tika attiecināts termins "superdators". Tas bija pasaulē veiktspējīgākais superdators veselus piecus gadus – no 1964. līdz 1969. gadam. Mūsdienās tik ilgi noturēt rekordu ir grūti, virknei valstu ar Ķīnu un ASV priekšgalā teju ik gadu nākot klajā ar superdatoru, kas jaudas ziņā atstāj iepriekšējo rekordistu kaunā.

"CDC 6600" veiktspēja bija līdz trim megaflopiem, kas no šodienas perspektīvas šķiet smieklīgi maz, taču ļāva īsā laikā veikt tam laikam nepieredzēti daudz darbību.

Īsa atkāpe par superdatoru veiktspējas salīdzināšanai visbiežāk izmantoto parametru – flopiem jeb FLOPS. Šī abreviatūra atšifrējama kā "floating point operations per second" jeb "peldošā komata (punkta) darbības sekundē". Peldošā komata notācijā skaitlis tiek attēlots kā mantisas reizinājums ar attiecīgās skaitīšanas sistēmas bāzes pakāpi (kāpinātājs). Datora atmiņā šo skaitļu glabāšanai pielieto divus veselus skaitļus – mantisu, kas satur skaitļa ciparus, un kāpinātāju, kas arī noteiks komata pozīciju mantisā. Peldošā komata aritmētika pēc būtības ir līdzīga zinātniskajam pierakstam, kur, piemēram, skaitli 0,000000002 mēs pierakstītu kā 2 x 10^-9, vienīgi datoru gadījumā bāze ir nevis 10, bet 2. Tas ļauj efektīvi veikt darbības gan ar ļoti lieliem, gan ļoti maziem skaitļiem – tieši to, ko parasti dara superdatori.

Skaties tālāk, lai uzznātu, kuri ir šobrīd pasaulē jaudīgākie superskaitļotāji!

Topu atklāj Teksasas Universitātes Advancētās skaitļošanas centrā esošais "Frontera", kas ir ātrākais universitātē izvietotais superdators pasaulē un piektais ātrākais visu superdatoru konkurencē.

"Dell" izstrādātā "Frontera" pamatā ir "Intel" izstrādātie "Xeon Platinum 8280" procesori (28 kodoli ar bāzes frekvenci 2,7 gigaherci, 38,5 megabaitu kešatmiņa). Šāds viens procesors mazumtirdzniecībā izmaksā daudzus tūkstošus eiro. "Frontera" ir vairāk nekā 16 tūkstoši šādu procesoru kā arī teju 450 gabali "Nvidia V100" grafikas karšu.

Kopā šis arsenāls ļauj iekārtai teorētiski sasniegt 38,7 petaflopus jeb 38,7 kvadriljonus peldošā komata darbību vienā sekundē. Praksē "Frontera" sasniedzis 23,5 petaflopus.

Kur šo "monstru" izmantos? Vismaz turpmākos piecus gadus, saprotams, to liks lietā dažādu aprēķinu veikšanai zinātnieku vajadzībām, un paredzams, ka "Frontera" pienesums būs būtisks tādās jomās kā dabas katastrofu risku modelēšana (piemēram, viesuļvētru trajektoriju un spēka modelēšana), enerģētikā (izpēte kodolsintēzes jomā), astrofizikā (gravitācijas viļnu modelēšana) un materiālzinātnē (jaunu molekulu modelēšanā gan inženierijas, gan, piemēram, medicīnas vajadzībām).

Šis superdators aprīkots ar "Intel Xeon E5–2692 v2" procesoriem (12 kodoli, 2,2 gigahercu bāzes frekvence). 2015. gadā ķīnieši vēlējās šī superdatora jaudu dubultot, bet plāni atdūrās pret ASV valdības liktiem šķēršļiem, liedzot "Intel" atļauju eksportēt nepieciešamās sastāvdaļas.

Ķīna nepalika atbildi parādā, un rezultāts ir šī topa bronzas medaļnieks. Pāris gadus vēlāk arī "Tianhe–2" piedzīvoja atjauninājumu un tika aprīkota ar Ķīnā izstrādātiem līdzprocesoriem, tādējādi kļūstot par "Tianhe–2A" ar gandrīz dubultotu skaitļošanas jaudu. Ķīna arī apgalvo, ka jaudas palielināšana turklāt neesot palielinājusi enerģijas patēriņu.

Šis superdators būvēts, izmantojot Šanhajā izstrādātu daudzkodolu procesorus "SW 26010", katru ar 260 kodoliem un bāzes frekvenci 1,45 gigaherci. Superdatorā ir teju 41 tūkstotis šādu procesoru.

Tas teorētiski nodrošina 125 petaflopu skaitļošanas jaudu, bet realitātē augstākais rādītājs šobrīd ir 93 petaflopi, kas aizvien ir ļoti iespaidīgi.

"Sunway TaihuLight" arī ir pasaules energoefektīvāko superdatoru topa galvgalī. 2017. gadā, nākamajā gadā pēc datora izstrādes, tas tika ierindots 16. vietā energoefektivitātes rādījumos ar 6 gigaflopiem uz vienu vatu.

"Sunway TaihuLight" nonāca preses virsrakstos ne tikai savas jaudas, bet arī pielietojuma dēļ. 2017. gadā Ķīna paziņoja, ka ar šo datoru izveidota tobrīd vērienīgākā visuma simulācija ar 10 triljoniem digitālu daļiņu.

Kalifornija, Livermorā, izvietotais "Sierra" vai "ATS-2" ir aizsardzības un militāriem mērķiem būvēts superdators, tāpēc lielākā daļa informācijas par to, kādiem tieši aprēķiniem šī jaudīgā iekārta tiek likta lietā, ir klasificēta.

Par tehniskajiem parametriem gan šis tas zināms – "Sierra" ir mazākais brālis pasaulē jaudīgākajam datoram, un izmanto "IBM" izstrādātos "POWER9" procesorus kombinācijā ar "Nvidia Tesla V100" grafikas kartēm.

Kopumā "Sierra" sastāv no 4320 blokiem, katrā no tiem ir četri procesori un divas grafikas kartes uz vienu procesoru.

Sākotnēji "Sierra" skaitļošanas jaudā atpalika no ķīniešu "Sunway TaihuLight", taču pēc atjauninājuma sasniedza 94,6 petaflopus un izstūma Ķīnas superskaitļotāju no sudraba pozīcijas. Teorētiski "Sierra" "dzelži" ļautu sasniegt pat 125 petaflopus.

Šobrīd absolūtais čempions, kaut gan droši vien ne uz ilgu laiku, ir Okridžas Nacionālās laboratorijas rīcībā esošais "Summit" vai "OLCF–4". Tas teorētiski spēj sasniegt 200 petaflopus, bet praktiskos testos sasniegti 148 petaflopi – krietni vairāk nekā tuvākajiem sekotājiem.

Pēc dizaina tas ir ļoti līdzīgs "Sierra". Topa līdera rīcībā ir vairāk nekā 2,4 miljoni procesoru kodolu ("Sierra" ir 1,57 miljoni), kā arī 2,8 petabaiti operatīvās atmiņas.

Šis dators arī ir trešais energoefektīvākais no skaitļošanas monstriem – 14,6 gigaflopi uz vienu vatu.

"Summit", līdzīgi kā daudzus citus superdatorus, lieto plaša klāsta problēmu risināšanā – klimata pārmaiņu modelēšana, farmācija, enerģētika, mākslīgais intelekts, kvantu fizika, astronomija. Liec tik priekšā, "Summit" tiks ar to galā.

Ja pirmie superdatori, kur varējām runāt par petaflopos mērāmu skaitļošanas jaudu, parādījās 2008. gadā (IBM "Roadrunner"), tad šī desmitgade, visticamāk, superdatoru skaitļošanas jaudu pacels jau eksaflopu līmenī.