Tout le monde ne comprend pas pourquoi nous avons besoin de superordinateurs coûteux. Peut-être que c'est une démonstration et un gaspillage d'argent? Essayons de comprendre …
Un nouveau classement Top 500 des supercalculateurs les plus puissants du monde a été publié. Cette fois, la voiture américaine a pris la première place, poussant le "collègue" chinois. IBM a lancé le supercalculateur le plus puissant, Summit, commandé par le laboratoire national d'Oak Ridge du département américain de l'énergie. Les performances de son système ont été estimées à 200 pétaflops (200 quadrillions d'opérations par seconde). Alors que la Chine et les Etats-Unis se battent pour des "médailles", les voitures russes …
… se contentent d'une place dans le huitième dix. Ilya Plekhanov parle de la course à l'informatique et des nouvelles possibilités des plus grands pays du monde avec leurs puissantes machines.
Après le test Linpack standard, qui capture les performances opérationnelles d'un supercalculateur, le véritable indicateur du sommet américain était de 122,3 pétaflops, tandis que les performances de l'ancien champion chinois Sunway TaihuLight étaient de 93 pétaflops. Ainsi, les États-Unis ont retrouvé la palme des supercalculateurs les plus productifs, qu'ils ont perdus au profit de la Chine en 2013.
Sommet des processeurs.
Le nouveau sommet américain se compose de 4 608 serveurs IBM AC922 à double processeur alimentés par des processeurs IBM Power9 à 22 cœurs, chacun alimenté par 6 GPU NVIDIA Tesla V100. Les connexions internes utilisent un réseau EDR InfiniBand à double rail Mellanox avec une bande passante de 200 Gbps par serveur. Le supercalculateur fonctionne sur le système d'exploitation Red Hat Enterprise Linux 7.4. Le MIT Technology Review rapporte que le Summit pèse plus qu'un avion de ligne et occupe 2 courts de tennis.
Même avant l'achèvement final du système, les chercheurs ont effectué des calculs contre des génomes, au cours desquels ils ont enregistré la performance du sommet de 1,88 exaflops. C'est la première fois dans l'histoire que la barrière des exaflops 1 est franchie, selon Thomas Zachariah, directeur du Oak Ridge National Laboratory. En hiver, la Chine a menacé de lancer un ordinateur avec une performance de 1 exaflops d'ici la fin de cette année, soit un quintillion (10 à la 18e puissance) d'opérations par seconde, alors que les États-Unis allouaient auparavant 258 millions de dollars pour créer un supercalculateur avec une performance de plus de 1 exaflops d'ici 2021. Le développement, comme annoncé en 2017, est réalisé par six sociétés américaines - Hewlett-Packard, IBM, Intel, NVIDIA, Cray et AMD.
Son de fonctionnement du supercalculateur:
Vidéo promotionelle:
Le symbole de la puissance du pays
L'émergence d'un autre supercalculateur est une sorte de jalon prestigieux et un indicateur de ce qu'un pays peut faire, a-t-il les ressources et les compétences, un budget de centaines de millions de dollars à plus d'un milliard pour créer un supercalculateur, y a-t-il une capacité énergétique pour l'alimentation électrique, des solutions d'ingénierie pour l'évacuation de la chaleur, ont-ils leurs propres processeurs, un personnel qualifié, etc. Le secrétaire américain à l'Énergie, Rick Perry, a commenté la présentation du Sommet:
C'est la question de la sécurité nationale qui peut être considérée comme la clé, puisque les États-Unis sont au moins préoccupés par l'intention de la Chine de devenir un leader dans le domaine de l'intelligence artificielle. Après tout, cela signifie l'utilisation de l'IA dans le domaine militaire.
Le chinois Sunway TaihuLight, qui est arrivé à la deuxième place, a été une percée pour la Chine en créant sa propre base de calcul et d'éléments. Les processeurs Sunway TaihuLight sont basés sur l'architecture locale ShenWei développée par le Shanghai State High Performance IC Design Center. Le système d'interconnexion interprocesseur des nœuds, connu sous le nom de Sunway Network, a également été développé en Chine. De plus, Sunway TaihuLight a sa propre implémentation du standard logiciel de programmation parallèle, le système d'exploitation Linux SunWay Raise OS 2.0.5. Autrement dit, la Chine a pu surmonter sa dépendance à l'égard des éléments américains et les restrictions imposées à la fourniture de produits de haute technologie depuis 2015.
Sunway TaihuLight.
En Russie, en 2009, le supercalculateur Lomonosov a été installé à l'Université d'État de Moscou, qui contient 6 654 nœuds de calcul, plus de 94 000 cœurs de processeur et affiche une performance maximale de 1,37 Pflops. La performance réelle du système sur le test Linpack est de 674 téraflops, ce qui lui a permis de prendre la 13e place dans la liste des 500 ordinateurs les plus productifs au monde en juin 2011.
En mars 2018, l'Université d'État de Moscou a annoncé que le développement était terminé et que l'opération d'essai avait commencé sur une nouvelle section du supercalculateur Lomonosov-2 avec une performance maximale de 1,8 Pflops, ce qui lui permettra à l'avenir de se rapprocher de la limite des 5 Pflops. La nouvelle section de supercalculateur est basée sur les processeurs multicœurs Intel Skylake et les GPU NVidia Pascal P100 avec prise en charge matérielle de l'interface NVLink haute vitesse.
"Lomonosov".
En mars, les employés de l'Institut commun de recherche nucléaire de Doubna, dans la région de Moscou, ont présenté un nouveau supercalculateur Govorun, qui sera utilisé pour traiter les données du futur collisionneur d'ions lourds NICA. La performance du Govorun est de 1 pétaflops. Le supercalculateur est basé sur des processeurs Intel Xeon Phi 7290 et Intel Xeon Gold 6154 à 72 cœurs.
Les supercalculateurs apparaissent en Russie, mais pas avec des performances telles qu'ils soient inclus dans le classement Top500. En janvier de cette année, Igor Chernykh, alors chef par intérim du Center for Collective Use "Siberian Supercomputer Center" de l'ICM & MG SB RAS, a déclaré:
Selon Oleg Gorbatchev, directeur de la communication d'entreprise du groupe de sociétés RSK, la situation pourrait être corrigée par le programme national:
Tâches de supercalculateur
Un superordinateur est nécessaire pour travailler avec une énorme quantité de données et de variables - avec des informations mesurées en exaoctets (10 à la 18e puissance d'octets) et en yottaoctets (10 à la 24e puissance d'octets). Et ce n'est pas seulement une question de volume, mais aussi de vitesse. Par exemple, les calculs des conditions météorologiques s'avéreront dénués de sens s'ils prennent plus de temps que le début d'un phénomène météorologique particulier.
"Parleur".
Une autre question est que les difficultés ne se posent pas tant avec le nombre d'opérations par seconde, mais avec l'élaboration de ces algorithmes qui nécessitent de telles vitesses et un tel nombre de processeurs. Autrement dit, les capacités techniques s'améliorent, mais elles ont également besoin de modèles mathématiques, de logiciels de remplissage - une compréhension de comment et de quoi compter.
Docteur en sciences physiques et mathématiques, chercheur en chef à l'Institut de mathématiques appliquées M. V. Keldysh Andrey Kuleshov explique quelles sont les spécificités de l'utilisation de la technologie des supercalculateurs:
Par conséquent, les scientifiques russes estiment que le retard de la Russie par rapport aux États-Unis et à la Chine en matière de pétaflops n'est pas si terrible. La clé d'une utilisation efficace des machines est un niveau mathématique élevé et une classe de spécialistes en logiciels en Russie.
Que font-ils maintenant
Par exemple, le supercalculateur espagnol MareNostrum (comme les anciens Romains païens appelaient la mer Méditerranée) est situé dans les locaux de l'ancienne chapelle chrétienne de Torre Girona et est utilisé pour des calculs de génie génétique, des astrophysiciens, dans la création de nouveaux médicaments et dans les prévisions météorologiques.
Mais tout n'est pas axé uniquement sur la recherche scientifique à grande échelle. Les entreprises utilisent également activement des supercalculateurs. Par exemple, Ford utilise des voitures puissantes dans les crash tests, où les voitures se heurtent à un obstacle et une tonne de paramètres doivent être filmés, mesurés et analysés. L'utilisation d'un supercalculateur peut réduire d'un tiers le nombre de vraies voitures écrasées et les coûts de test, ce qui permet d'économiser des millions de dollars.
En utilisant des supercalculateurs, DuPont a synthétisé un nouveau matériau ininflammable, résistant à la corrosion et peu toxique. En une semaine, les calculs nécessaires ont été effectués sur un supercalculateur, pour lequel ils ont dépensé au total environ 5 000 dollars. L'étude «à l'ancienne» coûterait au moins 50 000 dollars et trois mois de travail.
Simulation d'un crash test par un supercalculateur prenant en compte les dommages de tous les éléments de la voiture.
Depuis 1990, le partenaire du tournoi de Wimbledon dans le domaine de la technologie est la société américaine IBM, qui fournit aux organisateurs du championnat le supercalculateur Watson. Avec son aide, les réseaux sociaux sont analysés afin d'identifier les humeurs positives et négatives des fans, de fournir aux commentateurs toutes les données comparatives des archives et d'automatiser le marketing et les relations publiques sur Internet.
La société française Total d'exploration pétrolière utilise un supercalculateur pour analyser les informations sur le sous-sol. La modélisation permet de ne pas recourir au forage en cas de doute sur la présence d'huile. Dans l'un de ces cas, l'abandon du forage a permis à l'entreprise d'économiser environ 80 millions de dollars.
Quant au nouveau supercalculateur américain, certains projets y auront accès cette année pour modéliser le comportement subatomique des matériaux, identifier les facteurs à l'origine du cancer et étudier l'interaction des protéines et des systèmes cellulaires. Le principal client en 2019 sera le Département de l'Énergie, qui l'utilise pour son calcul énergétique alternatif. Summit sera également utilisé dans les applications d'intelligence artificielle en 2019.
Avec l'aide d'un supercalculateur russe, le groupe de la Faculté de mécanique et de mathématiques de l'Université d'État de Moscou et l'Institut de mathématiques appliquées de l'Académie des sciences de Russie ont obtenu des résultats sur la modélisation numérique de la formation et du développement des tourbillons de pointe en modes supersoniques, des données sismiques ont été traitées, pour les besoins du RSC Energia, des calculs de l'écoulement autour d'un vaisseau spatial pendant la décélération dans l'atmosphère de surface ont été effectués. Terre. Le Lomonosov a également résolu le problème du transfert de masse et de chaleur pour un réacteur nucléaire prometteur. En avril, des scientifiques de la Faculté de physique de l'Université d'État de Moscou ont étudié différents types de réactions de polymérisation à l'aide de simulations informatiques sur le supercalculateur Lomonosov-2.
Atelier de montage du RSC Energia.
Au printemps de cette année, on a appris que Rosatom et Roscosmos commençaient à tester les moteurs d'une nouvelle fusée super-lourde russe en réalité virtuelle dans le cadre d'une simulation de supercalculateur. Le projet a commencé en 2014 et a coûté près de 270 millions de roubles. Le 30 janvier 2018, un acte d'acceptation des travaux sur le développement de logiciels de tests virtuels a été signé.
Que peut dans le futur
Il existe de nombreuses options. Les supercalculateurs peuvent être utilisés pour augmenter la précision des prévisions météorologiques, des diagnostics, pour identifier la relation entre les gènes et le cancer, pour simuler la turbulence, les processus de combustion, pour développer de nouveaux matériaux, de nouveaux médicaments, pour simuler le travail des nouvelles technologies, pour calculer les déformations des solides en tenant compte des processus de destruction, le contrôle des drones, la modélisation de l'utilisation des armes modernes, pour l'analyse des données des satellites et des drones, la cryptographie, la modélisation de l'effet des rayonnements électromagnétiques sur les matériaux composites (en particulier sur les revêtements des avions), la modélisation du travail cérébral, etc.
Les supercalculateurs seront également impliqués dans le profilage de la personnalité et la mise en œuvre de systèmes de reconnaissance faciale, de surveillance des activités et de notation sociale en Chine. Selon certaines prévisions, les supercalculateurs pourront simuler avec précision l'ensemble du système météorologique de la Terre après avoir atteint des performances supérieures à 1 zetaflops (1000 exaflops). L'apparition de telles machines est attendue d'ici 2030.
Système de suivi à Guiyang, Chine.
Qui a accès
Ce ne sont pas seulement les performances du meilleur supercalculateur qui comptent, mais aussi le nombre total de machines dans le pays et leur disponibilité. Plus il y a de centres de données, plus les organisations et les institutions peuvent y accéder, plus l'éventail de tâches peut être résolu.
En Russie, les capacités d'un seul complexe de superordinateurs de l'Université de Moscou sont actuellement utilisées par 2500 spécialistes de 20 divisions de l'Université d'État de Moscou, plus de 100 instituts de l'Académie des sciences de Russie et plus de 100 universités en Russie.
Selon le projet Top500, le pays possédant le plus grand nombre d'ordinateurs super puissants en juin de cette année est la Chine: elle possède 206 supercalculateurs du classement (il y a six mois, il y avait 201 systèmes). Dans le même temps, les États-Unis ont ramené leur part dans la notation de 143 systèmes à 124. Mais on peut noter qu'en termes de performance globale de tous les systèmes du pays, les États-Unis ont cette fois dépassé la Chine. La productivité totale de l'Amérique est de 38,2% de la productivité totale du Top500, tandis que celle de la Chine est de 29,1%.
L'augmentation moyenne de la puissance des supercalculateurs dans le monde.
Le Japon (36 systèmes), la Grande-Bretagne (22 systèmes), l'Allemagne (21 systèmes), la France (18 systèmes) sont derrière la Chine et les États-Unis en termes de nombre de supercalculateurs.
La Russie compte quatre supercalculateurs dans le classement - un de plus que dans la liste précédente il y a six mois. Lomonosov-2 a pris la 72e place, un ordinateur à Roshydromet - 172e, Lomonosov - 326e position, un supercalculateur à l'Institut Kurchatov - 458e ligne de la cote.
Et après?
Et puis les pays avancés travailleront pour surmonter les limitations physiques des supercalculateurs existants. Les entreprises se concentreront sur la création de technologies telles que la photonique sur silicium, l'informatique neuromorphique et quantique, les bio-ordinateurs et les ordinateurs cellulaires. Par exemple, en 2014, IBM a lancé des programmes de recherche dans les premiers domaines avec un volume de financement de 3 milliards de dollars.
L'accélération du développement de nouveaux matériaux et technologies à l'aide de supercalculateurs dans diverses directions peut à terme donner une impulsion géante cumulative au développement des pays et à leur séparation technologique de leurs concurrents. La croissance rapide de la productivité informatique est même appelée une révolution dans le développement de la civilisation.
Ilya Plekhanov
