Kako superračunala oblikuju budućnost čovječanstva

Objava: Vaša podrška pomaže održavanju web mjesta! Naplaćujemo naknadu za preporuku za neke usluge koje preporučamo na ovoj stranici.


Superračunala oblikuju budućnost čovječanstva

Čovječanstvo je prešlo dug put. Naš je svijet danas pun tehnologije i čuda za koja smo mislili da su ne tako davno carstvo znanstvene fantastike.

Naš tehnološki razvoj je eksponencionalan. Prije samo nekoliko stotina godina započeli smo s istraživanjem mogućnosti električne energije i to nije bilo uobičajeno u kućanstvima do početka 20. stoljeća. Samo nekoliko desetljeća kasnije poslali smo astronaute na Mjesec.

Ipak, čak i uz sav napredak koji smo postigli, i dalje imamo ozbiljna pitanja koja nismo uspjeli riješiti: glad u svijetu, nedostatak čiste pitke vode za sve, bolesti poput raka i prirodne katastrofe koje oduzimaju živote i uništavaju hranu pribor.

Ali približavamo se eri u kojoj tehnologija možda može pomoći u rješavanju tih problema koristeći superračunala.

Superračunala su masovno moćna i nevjerojatno skupa računala. Koriste ogromne količine energije, zauzimaju ogromnu količinu prostora i zahtijevaju tisuće litara vode svake minute za regulaciju njihovih temperatura. Superračunalo je obično razvijeno za jednu svrhu i često zahtijeva poseban prilagođeni softver kako bi obavio svoj posao.

Superračunala postoje već dugo vremena. Prvo superračunalo, CDC 6600, razvijeno je 1964. godine i koristilo se za analizu različitih eksperimenata provedenih u CERN-u (Europskoj organizaciji za nuklearna istraživanja). CDC 6600 bilo je najbrže računalo na svijetu od 1964. do 1969.

Od tada su se superračunala koristila za stvari poput prognoziranja vremena, klimatskih istraživanja, istraživanja nafte i plina, molekularnog modeliranja, kriptanalize i još mnogo toga.

A u bliskoj budućnosti oni će se možda baviti prevladavanjem tih naizgled nerešivih problema: pomažući razvoju održivih sustava poput vađenja pitke vode iz različitih izvora, tačnije predviđanja vremena kako bismo spasili živote i optimizirali našu poljoprivredu da uzgajamo više hrane , pa čak i razvijanje individualiziranih medicinskih tretmana.

Što su zapravo superračunala, kako funkcioniraju i kako će promijeniti našu budućnost? Pogledajte grafiku u nastavku da biste to saznali.

superračunala

Kako superračunala oblikuju budućnost čovječanstva

Zamislite predviđanje vremena tako precizno da biste mogli spasiti živote od brzih poplava ili preslikavanje DNK i sitnih genetskih razlika kako biste prilagodili lijekove kako biste spasili život djeteta. Ovo su neka od složenih pitanja koja se znanstvenici počinju rješavati uz pomoć modernih superračunala.

Karakteristike superračunala

  • Snažan
    • Sadrži kapacitet u nekoliko programa što je brže moguće
    • Snaga mjerena u ogromnim brojevima
      • FLOPS – Operacije u zaokretnoj točki po sekundi
      • teraflopsa
        • Jedna bilion operacija svake sekunde
        • 10 do 12. snage (1012)
          • 1,000,000,000,000
      • Petaflops
        • Jedan kvadratni izračun svake sekunde
        • 10 do 15. snage (1015)
          • Otprilike 200.000 puta brži od standardnog osobnog računala
      • Exascale
        • 1000 puta brži od petaflopa
  • Skup
    • Stotine milijuna dolara
    • Jaguar, 3. najbrži superračunalo
      • 104 milijuna dolara za instalaciju
      • Milijun dolara godišnje za pokretanje
      • 10 milijuna dolara godišnjeg troška za tehničare
  • Izrađen za određene aplikacije
    • Animirana grafika
    • Masivni proračuni matematičkih podataka
    • Nuklearna istraživanja
    • Opći modeli cirkulacije Zemljine klime
  • Sačinjeno od desetaka tisuća računalnih čvorova
    • CPU
      • Centralne procesne jedinice
      • Brainpower za računalom
      • Osobna računala obično imaju jedan procesor
    • GPU
      • Grafičke jedinice za obradu
      • Najčešće se primjenjuje na 3D grafiku
  • Većina upravlja Linux softverom
    • Operativni sustav otvorenog koda
    • Zauzima 485 od 500 najboljih superračunala na svijetu
  • Voda se hladila
    • Smanjuje potrošnju energije iz vrućih CPU-a
    • Sustavi hladnjaka rade brže

Evolucija superračunala

  • CDC 6600 – prvo superračunalo
    • Objavljeno: 1964
    • Brzina: 3 megaflopa
      • 10x brže od bilo kojeg drugog računala u to vrijeme
    • Prvo uspješno superračunalo
      • Izgradila Control Data Corporation
        • Dizajnirao Seymour Cray, koji bi nastavio raditi Cray Research
      • Jedan procesor
        • 40MHz
      • Koštalo je 8 milijuna dolara, prodano za 60 milijuna dolara
  • Cray 2
    • Objavljeno: 1985
    • Brzina: 1,9 gigaflopa
      • Dvaput brže od prethodnog Cray X-MP
    • Najbrže računalo na svijetu
      • Ostao je najbrži više od 5 godina
      • Imao je 8 CPU-a
      • Bio je brz kao iPad 2 – objavljen 2011
  • Hitachi SR2201
    • Objavljeno: 1996
    • Brzina: 600 gigaflopa
    • Jedno od prvih masovno paralelnih superračunala
      • 2048 CPU-a
  • NEC simulator zemlje
    • Objavljeno: 2002
    • Brzina: 35 teraflopa
    • Izrađen za “Projekt simulatora zemlje” japanske vlade
      • Košta 900 milijuna dolara
      • Razvijen od:
        • Japanska agencija za zrakoplovne istrage
        • Japanski institut za atomsku energiju
        • Japanski brodski znanstveni i tehnološki centar
      • Izrađen za pokretanje klimatskih modela
  • IBM Blue Gene / L
    • Objavljeno: 2007
    • Brzina: 600 teraflopa
    • Dio IBM-ovog projekta Blue Gene
      • Počeo je 1999. godine sa ciljem stvaranja masovno paralelnog računala
        • 100 milijuna dolara financiranja
        • U početku petogodišnji program
      • Blue Gene / L bio je brzo računalo u svijetu više od 3 godine
  • IBM Roadrunner
    • Objavljeno: 2009
    • Košta 130 milijuna dolara
    • Stvoreno za američku Nacionalnu upravu za nuklearnu sigurnost
      • Prvo hibridno superračunalo
        • Korišteni su različiti CPU-i:
          • Dvojezgreni Opteron
          • PowerXCell 8i
        • Softver je morao biti napisan posebno za njega
      • Prvo doprijeti preko jednog petaflopa

Današnje okruženje superračunala

  • Svijet superračunala neprestano se mijenja
  • TOP500 nudi popis najmoćnijih superračunala
    • Računala rangirana po sposobnosti za rješavanje skupa jednadžbi u projektu TOP500.
    • Zemlje s najviše superračunala
      • Sjedinjene Države: 233
      • Kina: 76
      • Japan: 30
    • Najbrži superračunalo od lipnja 2015
      • Superračunalo Tianhe-2
        • Objavljeno: 2013
        • Brzina: 34 petaflopa
          • Gotovo dvostruko brži od drugog najbržeg računala, Cray Titan
        • Izradio Nacionalno sveučilište za odbrambenu tehnologiju u Guangzhouu, Kina

Uskoro: Najbolji svjetski superračunalo

  • Japanski Fujitsu Exascale
  • Projekt pod nazivom FLAGSHIP 2020
    • Trebao biti vrhunski superračunalo na svijetu
  • Planirano će djelovati do travnja 2021. godine
  • Karakteristike
    • Višejezgrena arhitektura
      • CPU opće namjene
      • Mrežna sučelja u CPU čipovima
      • Višedimenzionalna topologija mreže tora
        • Način povezivanja jedinica za stvaranje snažne i brze računalne veze između jedinica
    • 1.000 petaflopa (1 eksclop)
      • 1 izračun kvintilija svake sekunde (1 nakon čega slijedi 18 nula)
      • 30 puta brže od današnjih vrhunskih superračunala
  • Kako to može pomoći spasiti svijet:
    • Prognoze potresa i cunamija
    • Globalno klimatsko modeliranje
    • Razvoj sigurnijih automobila i boljih baterija
    • Bolje istraživanje lijekova
    • Istraživanje novih materijala visokih performansi
    • Astronomska istraživanja s poboljšanim simulacijama galaksija

Voda za piće razvijena superračunalom

  • Globalna kriza vode
    • 98% svjetske vode je slana voda koja se ne može ispirati
    • Rastuća populacija opterećuje izvore slatke vode
      • 15% svjetske populacije, 1,1 milijardi, nema redovit pristup pitkoj vodi
    • Promjene u klimatskim obrascima povezane s globalnim zagrijavanjem uzrokuju propuhe i poplave, te zbog toga vodeni resursi
      • Procjenjuje se da će svjetska potražnja za vodom biti 40% veća od svjetske opskrbe do 2030. godine
    • Rezultat: sve više i više ljudi nema vodu za piće i samo će se pogoršati
  • Tim znanstvenika sa Sveučilišta Shinshu trenutno generira simulacije filtracije koristeći sadašnji japanski superračunalo Fujitsu
    • Oni imaju modele membrana za odvajanje vode pomoću nano-ugljika za pretvaranje vode koja se ne pije u sigurnu pitku vodu
      • Morska voda, pa čak i voda onečišćena uljem, mogla bi postati upotrebljiva
    • Superračunalo Fujitsu analizira sustave za vađenje vode
    • Vrše simulacije – prvi put ispituju vodu na molekularnu razinu
    • Istražuju membrane koje su vodopropusne, ali i otporne na toplinu i kemikalije
  • Ovo bi moglo pomoći spasiti svijet:
    • Razvijanje održivih metoda vađenja korisne vode iz različitih izvora
    • Omogućavanje sigurne vode milionima ljudi širom svijeta
      • Smanjenje broja djece koja umiru od kontaminirane vode
        • Trenutno preko 2 milijuna

Bolja vremenska prognoza

  • Prognoza vremena mnogo je važnija od toga trebate li kišobran sljedeći dan ili ne
    • U poljoprivredi je presudno za kratkoročno i dugoročno planiranje
    • Spašava živote upozoravajući na teška vremena
    • Čak se koristi i u ratovima
      • D-Day je odgođen za 24 sata na osnovu vremenskih prognoza
  • Američki Met Office koristi superračunalo Cray XC40 za prognoziranje vremena
    • Vlada Velike Britanije ulaže 150 milijuna dolara (97 milijuna funti)
    • U Exeteru u Devonu, rujan 2015
      • Puni kapacitet koji će biti postignut u 2017. godini
    • 13x brži od prethodnog sustava prognoziranja
      • 480.000 CPU jezgara
        • 30.000 pojedinačnih CPU-a
      • Obrađuje se na 16 petaflopa
        • 16 četverlijunskih izračuna u sekundi
      • 17 petabajta za pohranu
        • 17 milijuna gigabajta
      • Teži 140 tona
    • Poboljšani rad
      • Brže prognoze: svaki sat umjesto svaka tri sata
      • Detaljniji modeli mogu se izvoditi za osjetljiva područja poput zračnih luka
      • Poboljšane projekcije klime
  • Ovo bi moglo pomoći spasiti svijet:
    • Davanje boljih upozorenja od poplava
    • Smanjenje poremećaja u zračnom putovanju
    • Omogućavanje boljeg planiranja klimatskih promjena
      • Očekuje se da će samo u Velikoj Britaniji uštedjeti preko tri milijarde dolara

Genomska medicinska istraživanja

  • Testiranje genoma izuzetno je važan dio medicine
    • Koristi se za dijagnosticiranje bolesti
    • Testovi nosača mogu odrediti vjerojatnost da će roditelji prenijeti bolest na svoju djecu
    • Prenatalno i novorođenče testiranje na buduće bolesti
  • Dječja bolnica Phoenix dobiva superračunalo koje je dizajnirao istraživač raka dr. Patrick Soon-Shiong
    • Tek je četvrta bolnica koja je implementirala sustav superračunala
    • Koristit će se za genomsko ispitivanje
      • Bolnički liječnici sugeriraju da je većina kroničnih bolesti u djece povezana s genetikom
    • Poduprijet će istraživanje kroničnih bolesti u djece
      • Kongenitalni srčani problemi
      • Rak
    • Očekuje se da će poboljšati istraživačke mogućnosti u bolnici
      • Istraživanje se trenutno obavlja izvan terena, što uzrokuje i tri mjeseca čekanja – što također košta milijune
      • Superračunalo na licu mjesta treba:
        • Smanjite vrijeme čekanja na 7 dana
        • Smanjite troškove testiranja
        • Poboljšajte mogućnosti liječenja
  • Ovo bi moglo pomoći spasiti svijet:
    • Pronalaženje visoko individualiziranih tretmana za rješavanje rizika svake osobe i pružanje bolje preventivne skrbi

Kako su računski problemi postajali sve složeniji, superračunala uvijek su postajala izazov – postajati sve moćnijim. A oni su sve potrebniji za rješavanje stvarnih problema s kojima se susrećemo u medicini, okolišu i mnogim drugim.

izvori: 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

izvori

  • Što je superračunalo?
  • Što možete učiniti sa superračunalom?
  • Što je teraflop?
  • Što je petaflop?
  • “Za vas nema pretjerane procjene!” Intervju s Horstom Simonom iz Berkeley Lab
  • Fujitsu dizajnira japansko superkompjuter za pohvalnu upotrebu
  • CPU – središnja procesna jedinica
  • GPU – jedinica za grafičku obradu
  • Linux dominira nadračunalima kao nikad do sada
  • Projekt TOP500
  • Kineski superračunalo Tianhe-2 održava najbolje mjesto na popisu najboljih svjetskih superračunala
  • Tianhe-2
  • Fujitsu dizajnira japansko superkompjuter za pohvalnu upotrebu
  • Pojedinosti o japanskom budućem sustavu za obradu
  • Multi-toroidne interkonekcije (PDF)
  • Računalna sposobnost superračunala da spasi svijet od nestašice vode!
  • Odgovaranje na pitanja zaštite okoliša
  • Met Office izgradio superračunalo vrijedno 97 milijuna funti
  • D-Day: najvažnija vremenska prognoza u povijesti
  • Phoenix Children dobiva superračunalo radi poboljšanja genomskog 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