Kako superračunalniki oblikujejo prihodnost človeštva

Razkritje: Vaša podpora pomaga pri vzdrževanju spletnega mesta! Za nekatere storitve, ki jih priporočamo na tej strani, zaslužimo naročnino.


Superračunalniki oblikujejo prihodnost človeštva

Človeštvo je že daleč. Naš svet je danes poln tehnologije in čudes, za katere smo mislili, da so pred kratkim kraljestvo znanstvene fantastike.

Naš tehnološki razvoj je eksponenten. Pred nekaj stotimi leti smo začeli raziskovati možnosti elektrike in to v gospodinjstvih ni bilo običajno do zgodnjega 20. stoletja. Le nekaj desetletij pozneje smo na Luno poslali astronavte.

Kljub vsemu napredku, ki smo ga dosegli, imamo še vedno resna vprašanja, ki jih nismo mogli rešiti: lakota v svetu, pomanjkanje čiste pitne vode za vse, bolezni, kot so rak, in naravne katastrofe, ki vzamejo življenje in uničijo hrano zaloge.

Vendar se približujemo obdobju, ko bo tehnologija morda pomagala rešiti te težave z uporabo superračunalnikov.

Superračunalniki so množično močni in neverjetno dragi računalniki. Porabijo ogromno energije, zavzamejo ogromno prostora in vsako minuto potrebujejo tisoč litrov vode za uravnavanje svojih temperatur. Superračunalnik je običajno razvit za en sam namen in pogosto potrebuje posebno prilagojeno programsko opremo, da opravi svoje delo.

Superračunalniki že dolgo obstajajo. Prvi superračunalnik CDC 6600 je bil razvit leta 1964 in je bil uporabljen za analizo različnih poskusov, ki so jih izvedli v CERN-u (Evropski organizaciji za jedrske raziskave). CDC 6600 je bil med letoma 1964 in 1969 najhitrejši računalnik na svetu.

Od takrat so se superračunalniki uporabljali za stvari, kot so napovedovanje vremena, raziskave podnebja, raziskovanje nafte in plina, molekularno modeliranje, kriptanaliza in še več.

V bližnji prihodnosti se bodo morda lotili premagovanja teh na videz nerešljivih težav: pomagali razviti trajnostne sisteme, kot je pridobivanje pitne vode iz različnih virov, natančneje napovedovati vreme, da bomo lahko rešili življenje in optimizirali svoje kmetijstvo, da bo lahko pridelalo več hrane in celo razvijajo individualizirane zdravstvene postopke.

Kaj natančno so superračunalniki, kako delujejo in kako bodo spremenili našo prihodnost? Če želite izvedeti, si oglejte spodnjo grafiko.

superračunalniki

Kako superračunalniki oblikujejo prihodnost človeštva

Predstavljajte si, da napovedujete vreme tako natančno, da bi lahko rešili življenje pred bliskovitimi poplavami ali preslikali DNK in drobne genetske razlike, da bi prilagodili zdravila za reševanje otrokovega življenja. To je nekaj zapletenih vprašanj, ki se jih znanstveniki začenjajo spoprijeti s pomočjo sodobnih superračunalnikov.

Značilnosti superračunalnika

  • Zmogljiv
    • Poteka, kolikor hitro je mogoče, v nekaj programov
    • Moč, merjena v velikem številu
      • FLOPS – Operacije s plavajočo točko na sekundo
      • Teraflopi
        • En bilion operacij vsako sekundo
        • 10 do 12. moči (1012)
          • 1.000.000.000.000
      • Petaflops
        • En kvadratni izračun vsako sekundo
        • 10 do 15. moči (1015)
          • Približno 200.000-krat hitrejši od običajnega osebnega računalnika
      • Izvleček
        • 1.000-krat hitrejši od petaflopa
  • Draga
    • Sto milijonov milijonov dolarjev
    • Jaguar, 3. najhitrejši superračunalnik
      • 104 milijone dolarjev za namestitev
      • Vsak milijon dolarjev za zagon
      • 10 milijonov dolarjev letnih stroškov za tehnike
  • Izdelano za posebne aplikacije
    • Animirana grafika
    • Masivni izračuni matematičnih podatkov
    • Jedrske raziskave
    • Splošni modeli kroženja podnebja Zemlje
  • Sestavljeno iz več deset tisoč računalniških vozlišč
    • CPU-ji
      • Centralne procesne enote
      • Brainpower za računalnik
      • Osebni računalniki imajo običajno en procesor
    • GPU-ji
      • Grafične procesne enote
      • Najpogosteje se uporablja za 3D grafiko
  • Večino nadzira programska oprema Linux
    • Odprti izvorni operacijski sistem
    • Zaseda 485 najboljših 500 superračunalnikov na svetu
  • Vodno hlajeno
    • Zmanjša porabo energije iz vročih procesorjev
    • Hladilni sistemi delujejo hitreje

Razvoj superračunalnika

  • CDC 6600 – prvi superračunalnik
    • Izšla: 1964
    • Hitrost: 3 megaflops
      • 10x hitreje kot katerikoli drugi računalnik takrat
    • Prvi uspešen superračunalnik
      • Izdelala družba Control Data Corporation
        • Oblikoval ga je Seymour Cray, ki bi nadaljeval z ustanovitvijo Cray Research
      • En sam procesor
        • 40MHz
      • Stroški 8 milijonov dolarjev, prodani za 60 milijonov dolarjev
  • Cray 2
    • Izšla: 1985
    • Hitrost: 1,9 gigaflops
      • Dvakrat hitrejši kot prejšnji Cray X-MP
    • Najhitrejši računalnik na svetu
      • Najhitrejši je ostal več kot 5 let
      • Imela je 8 procesorjev
      • Bil je hiter kot iPad 2 – izšel leta 2011
  • Hitachi SR2201
    • Izšla: 1996
    • Hitrost: 600 gigaflopov
    • Eden izmed prvih množično vzporednih superračunalnikov
      • 2048 CPU-jev
  • NEC Earth Simulator
    • Izšla: 2002
    • Hitrost: 35 teraflopov
    • Ustvarjeno za projekt “Simulator zemlje” japonske vlade
      • Stroški 900 milijonov dolarjev
      • Razvil:
        • Japonska agencija za vesoljsko raziskovanje
        • Japonski inštitut za atomsko energijo
        • Japonski morski znanstveni in tehnološki center
      • Zasnovan za delovanje klimatskih modelov
  • IBM Blue Gene / L
    • Datum izida: 2007
    • Hitrost: 600 teraflopov
    • Del IBM-ovega projekta Blue Gene
      • Začelo se je leta 1999 s ciljem ustvariti množično vzporeden računalnik
        • 100 milijonov dolarjev financiranja
        • Sprva petletni program
      • Blue Gene / L je bil hitri računalnik na svetu več kot 3 leta
  • IBM Roadrunner
    • Datum izida: 2009
    • Stroški 130 milijonov dolarjev
    • Ustvarjeno za Nacionalno upravo za jedrsko varnost ZDA DOE
      • Prvi hibridni superračunalnik
        • Uporabljeni različni procesorji:
          • Dvojedrni Opteron
          • PowerXCell 8i
        • Programsko opremo je bilo treba napisati posebej zanjo
      • Najprej sega preko enega petaflopa

Današnje okolje superračunalnika

  • Svet superračunalnikov se nenehno spreminja
  • TOP500 ponuja seznam najzmogljivejših superračunalnikov
    • Računalniki, razvrščeni po sposobnosti reševanja nizov enačb s projektom TOP500.
    • Države z največ superračunalniki
      • ZDA: 233
      • Kitajska: 76
      • Japonska: 30
    • Najhitrejši superračunalnik od junija 2015
      • Superračunalnik Tianhe-2
        • Datum izida: 2013
        • Hitrost: 34 petaflopov
          • Skoraj dvakrat hitreje kot drugi najhitrejši računalnik, Cray Titan
        • Razvila Nacionalna univerza obrambne tehnologije v Guangzhouu na Kitajskem

Kmalu: najbolj super superračunalnik na svetu

  • Japonski Fujitsu Exascale
  • Projekt, imenovan FLAGSHIP 2020
    • Menil bi biti najboljši superračunalnik na svetu
  • Načrtuje se, da bo začel delovati do aprila 2021
  • Značilnosti
    • Večjedrna arhitektura
      • CPU za splošno rabo
      • Omrežni vmesniki v čipih CPU-ja
      • Večdimenzionalna topologija omrežja tora
        • Način povezovanja enot za ustvarjanje močne in hitre računalniške povezave med enotami
    • 1.000 petaflopov (1 ekspanz)
      • 1 izračun kvintiljona vsako sekundo (1 sledi 18 ničli)
      • 30 krat hitreje kot danes vrhunski superračunalniki
  • Kako lahko pomaga rešiti svet:
    • Napovedi potresa in cunamija
    • Globalno podnebno modeliranje
    • Razvoj varnejših avtomobilov in boljših baterij
    • Boljše raziskave na področju drog
    • Raziskave novih visokozmogljivih materialov
    • Astronomske raziskave z izboljšanimi simulacijami galaksije

Pitna voda, superračunalnik, razvita

  • Globalna vodna kriza
    • 98% svetovne vode je slana voda
    • Naraščajoča populacija seva sladkovodne vire
      • 15% svetovnega prebivalstva, 1,1 milijarde, nima rednega dostopa do pitne vode
    • Spremembe podnebnih vzorcev, povezane z globalnim segrevanjem, povzročajo prepihe in poplave, zato izpodrivajo vodne vire
      • Ocenjujejo, da bo svetovna povpraševanje po vodi do leta 2030 za 40% večja od svetovne ponudbe
    • Rezultat: vedno več ljudi nima pitne vode in poslabšalo se bo samo
  • Skupina znanstvenikov z univerze Shinshu trenutno ustvarja simulacije filtracije z uporabo trenutno japonskega superračunalnika Fujitsu
    • Vodijo modele ločilnih membran vode, ki uporabljajo nano-ogljik za pretvorbo vode, ki se ne pije, v varno pitno vodo
      • Morska voda in celo voda, onesnažena z nafto, bi lahko postala uporabna
    • Superračunalnik Fujitsu analizira sisteme za črpanje vode
    • Izvajajo simulacije – prvič preučujejo vodo do molekulske ravni
    • Raziskujejo membrane, ki so prepustne za vodo, hkrati pa so tudi odporne na toploto in kemikalije
  • To bi lahko pomagalo rešiti svet z:
    • Razvoj trajnostnih metod črpanja uporabne vode iz različnih virov
    • Zagotavljanje varne vode za milijone ljudi po vsem svetu
      • Zmanjšanje števila otrok, ki umrejo zaradi onesnažene vode
        • Trenutno več kot 2 milijona

Boljša vremenska napoved

  • Vremenska napoved je veliko pomembnejša od tega, ali boste naslednji dan potrebovali dežnik ali ne
    • Pri kmetijstvu je kritično za kratkoročno in dolgoročno načrtovanje
    • Rešuje življenje, tako da opozarja na hudo vreme
    • Uporablja se celo v vojni
      • D-Day je bil na podlagi vremenskih napovedi prestavljen za 24 ur
  • Ameriški urad Office za vremenske napovedi uporablja superračunalnik Cray XC40
    • Vlada Združenega kraljestva vlaga 150 milijonov USD (97 milijonov funtov)
    • Septembra 2015 v Exeterju v Devonu
      • Polna zmogljivost, ki jo bomo dosegli v letu 2017
    • 13x hitrejši od prejšnjega napovedovalnega sistema
      • 480.000 jeder CPU-ja
        • 30.000 posameznih procesorjev
      • Obdelava na 16 petaflopov
        • 16 kvadratnih izračunov na sekundo
      • 17 petabajtov pomnilniške zmogljivosti
        • 17 milijonov gigabajtov
      • Tehta 140 ton
    • Izboljšano delo
      • Hitrejše napovedi: vsako uro namesto vsake tri ure
      • Podrobnejši modeli se lahko izvajajo na občutljivih območjih, kot so letališča
      • Izboljšane podnebne napovedi
  • To bi lahko pomagalo rešiti svet z:
    • Zagotavljanje boljših opozoril o poplavah
    • Zmanjšanje motenj zračnega prometa
    • Omogočanje boljšega načrtovanja podnebnih sprememb
      • Samo v Veliki Britaniji naj bi prihranili več kot 3 milijarde dolarjev

Genomske medicinske raziskave

  • Gensko testiranje je izredno pomemben del medicine
    • Uporablja se za diagnosticiranje bolezni
    • Prevozniški testi lahko določijo verjetnost, da bodo starši bolezen prenesli na svoje otroke
    • Prenatalno in novorojenčko testiranje za bodoče bolezni
  • Otroška bolnišnica Phoenix dobi superračunalnik, ki ga je zasnoval raziskovalec raka dr. Patrick Soon-Shiong
    • Šele četrta bolnišnica uporablja sistem superračunalnikov
    • Uporabil se bo za gensko testiranje
      • Bolnišnični zdravniki predlagajo, da je večina kroničnih bolezni pri otrocih povezanih z genetiko
    • Podprl bo raziskave kroničnih bolezni pri otrocih
      • Prirojene težave s srcem
      • Rak
    • Pričakuje se, da se bodo izboljšale raziskovalne zmogljivosti v bolnišnici
      • Raziskave se trenutno izvajajo zunaj kraja, kar povzroči do tri mesece čakanja – prav tako stanejo milijoni
      • Superračunalnik na kraju samem bi moral:
        • Čas čakanja skrajšajte na 7 dni
        • Zmanjšajte stroške testiranja
        • Izboljšajte možnosti zdravljenja
  • To bi lahko pomagalo rešiti svet z:
    • Iskanje visoko individualiziranih načinov zdravljenja za obravnavo tveganj vsake osebe in zagotovitev boljše preventivne oskrbe

Ker so se računalniške težave še bolj zapletle, so se superračunalniki vedno spoprijeli z izzivom – postajajo vedno močnejši. In vedno bolj so potrebne za reševanje resničnih svetovnih težav, s katerimi se srečujemo v medicini, okolju in še marsičem.

Viri: webopedia.com, extremetech.com, techtarget.com, top500.org, itworld.com, bbc.co.uk, cronkitenewsonline.com, zdnet.com, fujitsu.com, pcworld.com, hpcwire.com, ibm.com

Viri

  • Kaj je superračunalnik?
  • Kaj lahko naredite s superračunalnikom?
  • Kaj je teraflop?
  • Kaj je petaflop?
  • “Za vas ni nobenega odkritja!” Intervju s Horstom Simonom iz laboratorija Berkeley
  • Fujitsu je zasnoval japonski superračunalnik
  • CPU – centralna procesna enota
  • GPU – grafična procesna enota
  • Linux prevladuje v superračunalnikih kot še nikoli doslej
  • Projekt TOP500
  • Kitajski superračunalnik Tianhe-2 ohranja prvo mesto na seznamu najboljših superračunalnikov na svetu
  • Tianhe-2
  • Fujitsu je zasnoval japonski superračunalnik
  • Podrobnosti, ki se pojavljajo na Japonskem sistemu prihodnjih razkupov
  • Večtoroidni povezovalci (PDF)
  • Računalniške zmogljivosti superračunalnikov za reševanje sveta pred pomanjkanjem vode!
  • Odzivi na okoljska vprašanja
  • Met Office je zgradil superračunalnik v višini 97 milijonov funtov
  • D-Day: Najpomembnejša vremenska napoved v zgodovini
  • Phoenix Children dobi superračunalnik za izboljšanje genomskega testiranja
Jeffrey Wilson Administrator
Sorry! The Author has not filled his profile.
follow me
    Like this post? Please share to your friends:
    Adblock
    detector
    map