От истоков к супермощи
В Англии в начале XX века профессия человека, который целыми днями считал на механическом калькуляторе, так и называлась — компьютер (от англ. to compute — вычислять). В среднем он выполнял 1000 счетных операций за рабочий день. В 1943 году ему на замену пришел первый электрический компьютер. Сконструировали его тоже в Англии. Он состоял из тысяч электроламп, занимал целый особняк, был в 10 000 раз быстрее человека со счетным устройством. А одним из первых суперкомпьютеров считается Cray-1, созданный в 70-е годы прошлого века. С помощью поддержки векторных операций машина достигала производительности в 180 миллионов операций в секунду. Но сегодняшние ноутбуки и телефоны выполняют миллиарды операций! А суперкомпьютеры — триллионы!
Несмотря на то, что понятие «суперкомпьютер» не сильно на слуху, их в мире сейчас немало. Существует даже top500.org — рейтинг 500 самых мощных известных суперкомпьютеров мира. Запущен он в 1993 году и публикует актуальный перечень этих машин дважды в год (в июне и ноябре). Чтобы попасть в него, производителям нужно подать заявку, после чего машине дадут задание пройти определенные тесты на базе уравнений. И по результатам примут решение.
Самым мощным на ноябрь 2023 года (новые данные будут через пару месяцев) считается Frontier (США). Немного сложной терминологии: его производительность — 1,2 эксафлопса. Один эксафлопс равен квинтиллиону (18 нулей) флопсов (флопс* — единица, придуманная именно для суперкомпьютеров). Как сказано выше, наш «домашний» компьютер выполняет миллиарды операций в секунду. Для понимания — все наши действия: движение мышки, открытие сайта (картинки, загрузка рекламы, текста и т.д.) обрабатываются процессором в виде сотен тысяч мельчайших операций, которые мы не видим. А тут — триллионы!
А потребляемая им энергия? Для работы такой махины требуется 20 с лишним мегаватт. Подсчитано — столько же потребляют 2 000 000 светодиодных лампочек одновременно (или около 200 000 средних квартир!). Размер его — огромная комната со стеллажами. Ближайшие конкуренты Frontier по рейтингу слабее его в два раза! Его мощь пока никто не превзошел. Стоит он 600 миллионов долларов. В десятку его соседей по рейтингу входят суперкомпьютеры из США, Японии, Финляндии, Италии, Испании.
Что за “птицы” такие
Чем же эти компы отличаются от обычных, кроме мощности, количества потребления энергии, цены и размеров? Их, конечно же, не используют для обычных рядовых задач типа написания письма, создания презентации или сайта. Это было бы просто глупо и расточительно. Не используют и для демонстрации возможностей (как комп, который в 1997 году выиграл шесть партий у самого Каспарова). Эти машины призваны решать глобальные задачи. Потенциал позволяет. Тот же Frontier применяют для самых разных целей: изучения климата, астрофизических исследований (например, галактик и черных дыр), моделирования работы реакторов, различных физических процессов, вычислительных симуляций сплавов металла, поиска лекарств, вакцин, проектирования химических соединений. Специалисты называют его эквивалентом высадки на Луну с точки зрения инженерных достижений.
С помощью суперкомпьютеров можно быстро просчитать практически все, что угодно. При создании авто, самолетов испытания быстрее и эффективнее проводить не на людях и манекенах, а моделируя ситуацию. Нефтедобыча, микроэлектроника, криптография и биоинженерия, проектирование фильмов, логистика — это лишь небольшой список областей, где для успешного продвижения вперед требуются компьютеры с действительно запредельной производительностью. То есть это вопрос не только масштаба. Годы, месяцы работы в лабораториях НИИ «супер» способен сократить до дней или часов. При этом суперкомпьютеры находятся только на начальном этапе своего развития. По прогнозам некоторых футурологов, эти агрегаты в будущем заменят все важные процессы по моделированию и прогнозированию.
Из какого “теста”
По словам специалистов, все компоненты, из которых строят суперкомпьютеры, вполне «рядовые». Их можно купить в магазинах комплектующих для ПК. Но стоить они будут дороговато. Ведь их надо очень много. Современный суперкомп — вычислительный кластер, собранный из относительно независимых друг от друга высокопроизводительных компов со своими серверами, связанными с помощью высокоскоростной сети. Небольшое отличие — особые видеокарты. Не такие, как на обычных компах. Мощнейшая система охлаждения. Представьте себе эту пыхтящую «разгоряченную» махину... Еще и оглушающий шум. Отдельное большое помещение. И обслуживать такую машину должна бригада техников каждый день. Чтобы он идеально работал, должен быть баланс сети (скорости), вычислителей, электропотребления, охлаждения, хранения объемов данных.
Еще и искусственный интеллект... Как же без него! Обмен данными должен проходить с очень маленькой задержкой, спецрешения применяют под конкретную машину. Один «узел», вышедший из строя, не должен влиять на работу всего суперкомпа. Но, как ни печально, они довольно быстро устаревают. Некоторые, если не оптимизировать, выводят из работы. По словам специалистов, становится невыгодно их содержать в плане оплаты электроэнергии. Развитие технологий не стоит на месте, и новые компы потребляют меньше энергии.
Казахстанские суперперспективы
Суперкомпьютеры есть и в РК. Например, NORLIST, расположенный в Национальной научной лаборатории коллективного пользования информационных и космических технологий КазНТУ имени К.И. Сатпаева в Алматы, упоминался с 2015-го по 2017 год в российском рейтинге top50.supercomputers.ru. Области применения — наука и образование. Проект выполнила японская фирма Fujitsu. Сегодня в этом рейтинге лидируют компьютеры «Яндекса».
В 2015 году в КБТУ (Алматы) запустили суперкомпьютер на платформе IBM Blade Center, использующей передовые геолого-геофизические технологии компании Paradigm. Суперкомпьютер — вычислительная сеть вуза, благодаря которой он интегрируется на технологическом уровне более чем с 70 исследовательскими организациями в Европе и США.
В Астрофизическом институте имени Фесенкова в 2020 году появилось три высокопроизводительных сервера SuperMicro 7049GP-TRT. Общее количество вычислительных ядер в кластере (суперкомпьютере) АФИФ — 132. Используется для проведения численных исследований, хранения и обработки массивов наблюдательных и модельных данных. Возможно проводить разные эксперименты – моделировать рождение, столкновение, взаимное влияние галактик, изучать крупные объекты Вселенной. Он очень мощный. Для него предусмотрено отдельное помещение с особой системой вентиляции, очищения воздуха и температурным режимом в 15 градусов.
А что же про суперкомпьютер в Казахстане, который стал инфоповодом для написания материала? Для чего он нашей стране?
По информации МЦРИАП РК, это будет сложнейший механизм на базе технологии видеокарт, способный выполнять квадриллионы вычислительных операций. Будет доступен научным, академическим кругам, вузам, госсектору, а также бизнесменам для создания продуктов, связанных с ИИ. Ожидают, что комплекс в перспективе поможет развитию ИИ в стране, в том числе на казахском языке, определит лидерство Казахстана в Центральной Азии в этой сфере. Ведь искусственный интеллект сейчас везде, и этот компьютер нужен для обучения математических моделей, алгоритмов и нейронных сетей. Проект важен для решения сложных задач криптографии и обеспечения безопасности данных. Они могут использоваться для взлома шифров, анализа уязвимостей систем безопасности и разработки новых методов защиты информации. Секторы экономики получат значительные выгоды от ИИ, включая информационные технологии, финансовые услуги, здравоохранение, энергетику и производство.
Ключевая задача создания суперкомпа, по словам Наримана Исанова, заместителя директора департамента развития инноваций МЦРИАП — именно обеспечение инфраструктурой, доступностью отечественных технологических компаний, чтобы они прорабатывали свои инновационные проекты, чтобы компании работали на экспорт и развивали нашу экономику. Сейчас формируется проект, который будет включать возможность коммерческого доступа к суперкомпьютеру. Его планируют разместить в центре обработки данных АО «Национальные информационные технологии» (НИТ). Там вычислительные мощности смогут сдавать в аренду казахстанским компаниям и компаниям из сопредельных стран.
По поводу аренды мощностей на примере компьютера «Ломоносов-2» в МГУ. По словам Константина Стефанова, старшего научного сотрудника вычислительного центра этого вуза, один «узло»-час несколько лет назад стоил около 40 рублей (200 тенге). Берем количество узлов (например, несколько тысяч), умножаем на часы и получаем стоимость. Арендуют мощности для решения каких-то конкретных задач. Суммы могут выходить внушительными.
С нуля суперкомпьютер в РК производить не будут, оборудование закупят за рубежом.
На расширенном заседании Правительства Президент РК Касым-Жомарт Токаев заявил, что названное ведомство сформировало «озеро» данных, включающее 87 государственных баз. Но для создания передовых моделей ИИ этого уже недостаточно, и «мы приступаем к созданию высокопроизводительного суперкомпьютера, доступного не только ученым, но и различным компаниям, работающим на нашем рынке». «Нужно превратить нашу страну в место притяжения «цифровых кочевников» со всего мира. Одним словом, мы должны шагать в ногу со временем. От того, насколько быстро и эффективно мы будем развивать новые цифровые технологии, зависит наш успех во всех других направлениях», — сказал он.
Польза от проекта для республики несомненна, учитывая, что мы стремимся развивать «Цифровой Казахстан». Надеемся на успешную реализацию этого грандиозного плана.
*FLoating-point Operations Per Second, произносится как флопс) — внесистемная единица, используемая для измерения производительности компьютеров, показывающая, сколько операций с плавающей запятой в секунду выполняет данная вычислительная система.