Przebijemy się: rosyjskie superkomputery
Według otwartych danych najpotężniejszym superkomputerem w Rosji jest Chervonenkis firmy Yandex. Źródło: wikiwand.com
Technologie strategiczne
Państwa roszczące sobie prawo do suwerenności technologicznej muszą mieć możliwość samodzielnego budowania superkomputerów. Lub po raz pierwszy przynajmniej kupuj od innych. Wydajne i niezwykle drogie komputery są motorem postępu w kraju i na świecie. Dosłownie. Do najważniejszych zadań „super” należy kompleksowe trójwymiarowe modelowanie różnych procesów. Na przykład w przemyśle lotniczym systemy komputerowe mogą znacznie przyspieszyć obliczenia aerodynamiczne kadłuba i innych krytycznych systemów.
Superkomputery dostały się nawet do szeregu programów rządowych. Na przykład w 2017 roku rząd wydał instrukcję „W sprawie rozwoju zaawansowanych technologicznie i obiecujących produktów sprzętu wojskowego wyłącznie przy użyciu nowoczesnych technologii projektowania komputerowego, elektronicznego modelowania matematycznego”. Pakiet oprogramowania Logos został napisany bezpośrednio dla superkomputerów. Jak piszą twórcy, jeden z modułów oprogramowania Logos-TMP umożliwia „obliczanie przepływu lepkiego gazu ściśliwego i nieściśliwego z uwzględnieniem turbulencji przy użyciu wszystkich nowoczesnych podejść”.
Drugi moduł – Logos-Siła „modeluje procesy statycznych i dynamicznych odkształceń sprężysto-plastycznych, dynamikę gazów, destrukcję, oddziaływanie kontaktowe, przewodnictwo cieplne, kinematykę, analizę częstotliwości i postaci drgań”. W szczególności pakiet oprogramowania był szeroko stosowany do obliczeń na temat myśliwca Su-57 piątej generacji.
Z otwartych źródeł wiadomo, że pracowali nad rozwiązaniem problemów bezpiecznego rozdzielenia lotnictwo środków rażenia z samolotu, przeanalizowano zasoby nowych materiałów konstrukcyjnych, oceniono efekt gazodynamiczny instalacji armatniej oraz obliczono rozprzestrzenianie się mieszaniny gaśniczej w przedziale elektrowni. Wirtualna symulacja pozwala znacznie uprościć dalsze testy na pełną skalę, bez których oczywiście nie może obejść się ani jedna praca projektowa.
Przykład dostarczenia precyzyjnych trójwymiarowych modeli z warunkami początkowymi i brzegowymi z modeli funkcjonalnych. Źródło: A. V. Kornev „Zastosowanie krajowych technologii superkomputerowych do tworzenia zaawansowanych modeli samolotów”
Aby zrozumieć, jakie tablice danych musi obliczyć superkomputer, podajmy przykład dla maszyny o wydajności 1 Pflop/s.
Dla porównania, 1 petaflops oznacza, że komputer może wykonać jeden biliard operacji zmiennoprzecinkowych na sekundę. Jest do tego zdolnych około 50 tysięcy zwykłych komputerów osobistych.
Superkomputer petaflops służy do obliczania właściwości aerodynamicznych samolotów w różnych trybach lotu. Na przykład modele myśliwców z prędkością przed i po pokonaniu liczby Macha. Superkomputer o wydajności 1 Pflop/s tworzy model w każdym trybie przez co najmniej 12 miesięcy! Jednocześnie dziesięciokrotny wzrost wydajności superkomputera nie daje odpowiedniego przyspieszenia - czas obliczeń skraca się do 2-3 miesięcy.
Wykorzystanie precyzyjnych modeli procesów spalania i gaszenia pożarów na pokładzie samolotu jest jeszcze bardziej zasobochłonne, o jeden lub dwa rzędy wielkości. Z powyższego jasno wynika, jak ważne dla współczesnej Rosji jest posiadanie zaawansowanych superkomputerów. Zwłaszcza biorąc pod uwagę dosłownie rewolucyjny przełom, jakiego cywilny przemysł lotniczy powinien dokonać w ciągu najbliższych siedmiu do ośmiu lat. Do 2030 r. prawie wszystkie potrzeby krajowego transportu powinny być pokrywane przez krajowe samoloty, a jest to kilkaset samolotów, z których część nawet nie wzbiła się w powietrze.
Wyniki obliczeń rozprzestrzeniania się mieszaniny gaśniczej w pomieszczeniu elektrowni. Źródło: A. V. Kornev „Zastosowanie krajowych technologii superkomputerowych do tworzenia zaawansowanych modeli samolotów”
Nie mniej potężny „super” jest potrzebny w przemyśle motoryzacyjnym. Zwłaszcza biorąc pod uwagę zakrojony na szeroką skalę program zastępowania importu, który jeszcze nie został uruchomiony. Wysokowydajne komputery są między innymi zaufane do obliczania aerodynamiki i symulacji wirtualnych testów zderzeniowych.
W farmakologii szeroko stosowane są metody modelowania molekularnego, na przykład dokowanie - opis interakcji białek docelowych i cząsteczek o niskiej masie cząsteczkowej przyszłych leków, które blokują działanie tych białek. Superkomputer przegląda tysiące gotowych molekuł i wybiera te najbardziej obiecujące.
Co więcej, eksperymentatorzy w laboratoriach muszą tylko sprawdzić rozwiązanie supermózgu w eksperymentach na pełną skalę. Gigantyczna oszczędność czasu i dziesiątki milionów rubli. Podobna praca jest wykonywana w Research Computing Center Moskiewskiego Uniwersytetu Państwowego na 1,7-petaflopowym Łomonosowie. Nawiasem mówiąc, był kiedyś jednym z pięciuset najpotężniejszych superkomputerów na świecie.
„Chervonenkis” i inni
Ostatni raz zestawienie 500 najpotężniejszych komputerów na świecie zostało zaktualizowane w listopadzie ubiegłego roku i uświetniło to pojawieniem się pierwszego urządzenia ektaflops. To jest maszyna Frontier z Oak Ridge National Laboratory w Stanach Zjednoczonych. Jego dokładna moc maksymalna to 1 Pflop/s lub 102 Eflop/s. Jest to tysiąc razy potężniejsze niż wspomniany wyżej superkomputer do obliczania właściwości aerodynamicznych samolotu.
Najprawdopodobniej Frontier zbuduje podobne modele dla myśliwców Su w ciągu kilku dni. Szczytowa moc amerykańskiego produktu może osiągnąć 1,685 Eflop / s. Jednocześnie zużywa energię jak kilka wieżowców w mroźny zimowy wieczór – aż 21 100 kW. Do listopada 2022 roku na pierwszym miejscu znajdował się japoński superkomputer Fugaku o wydajności 442 Pflop/s, zużywający przy tym zauważalnie więcej energii – prawie 30 tys. kW.
Trendy są dwa – wzrost mocy superkomputerów przy jednoczesnym spadku zużycia energii.
Gdzie są rosyjskie samochody w pierwszej 500? Na 25. miejscu znajduje się „super” z „Yandex” - „Chervonenkis” z wydajnością 21,53 Pflop / s, wykorzystywany przez firmę głównie na potrzeby sieci neuronowych. Urządzenie nosi imię Alexeia Chervonenkisa, jednego z największych teoretyków uczenia maszynowego.
Oczywiście całe wypełnienie jest importowane - GPU NVIDIA A100 sparowane z AMD EPYC 7702. W momencie swojego pojawienia się w 2021 roku superkomputer uplasował się na 19 miejscu w światowym rankingu.
W światowym rankingu są jeszcze dwie maszyny firmy Yandex – 16-petaflopowy Galushkin (44. miejsce) i 12,8-petaflopowy Lyapunov (47. miejsce w rankingu). Pierwszy nosi imię Aleksandra Galuszkina, jednego z głównych badaczy sieci neuronowych, drugi - na cześć Aleksieja Lapunowa, autora prac leżących u podstaw informatyki. Wszystkie maszyny pojawiły się stosunkowo niedawno i dlatego nie miały czasu, aby stać się krytycznie przestarzałe.
Sber ma również superkomputery, takie jak Christofari i Christofari Neo, zbudowane odpowiednio w 2019 i 2021 roku. Neo zajmuje 50. miejsce w światowych rankingach, podczas gdy jego starszy brat jest na 87. miejscu.
Ile kosztuje budowa takich jednostek, można ocenić po kosztach superkomputera Łomonosow-2, na który do 2009 roku wydano prawie 2 miliardy rubli. Wspomniane wyżej Fugaku kosztowało miliardy dolarów. Superkomputery to drogie, ale bardzo poszukiwane zabawki.
W tej chwili światowymi liderami, zarówno pod względem mocy, jak i liczby samochodów, są Chiny (około 170 samochodów) i USA (prawie 150), a następnie Japonia, Niemcy, Francja i Holandia. Do listopada ubiegłego roku w pierwszej 500 znajdował się wspomniany wyżej Łomonosow-2 z 1,3 Pflop/s, ale teraz jest poza elitarnym klubem. Jednak Thunder z MTS o przepustowości 2,26 Pflop/sw listopadzie ubiegłego roku zatrzymał spadek na 352. miejscu.
Ocena najbardziej produktywnych komputerów na świecie opiera się na zasadzie dobrowolności - jeśli wnioskodawca chce się wyróżnić, parametry superkomputera znajdują się w pierwszej 500. Duża część potężnych komputerów przemija, ponieważ jest wykorzystywana w interesie bezpieczeństwa narodowego.
W Rosji oczywiście najbardziej znanym i najpotężniejszym z nich jest „super” Centrum Kontroli Obrony Narodowej. Niewiele jest otwartych informacji na temat tej maszyny, ale twierdzi się, że wydajność wynosi około 16 Pflop / s. Jeśli to prawda, komputer należy do pięćdziesięciu najpotężniejszych na świecie. Potencjał obliczeniowy maszyny na Frunzenskaya Embankment jest ponad trzykrotnie większy niż możliwości podobnego superkomputera w Pentagonie.
Jednym z zadań superkomputera Ministerstwa Obrony Rosji jest modelowanie i prognozowanie rozwoju konfliktów zbrojnych. Mówi się, że algorytmy maszyny zgłosiły kryzys rządowy w Wenezueli z tygodniowym wyprzedzeniem. Można tylko zgadywać, jakie prognozy 16-petaflopsowy komputer przewiduje wynik operacji specjalnej na Ukrainie. A jakie modele wygenerowała przed 24 lutego 2022 r.
Pomimo wszystkiego, co wydawałoby się pozytywne, w najbliższej przyszłości Rosja będzie miała pewne trudności z tworzeniem nowych superkomputerów. Jak widać z materiału, uzależnienie od zagranicznych komponentów zbliża się do absolutu - w Rosji nie ma bazy produkcyjnej dla procesorów graficznych, na podstawie których budowane są „super”. Dlatego jesienią ubiegłego roku Amerykanie zakazali importu chipów Nvidii do Rosji, a jednocześnie do Chin. Przede wszystkim produkty serii A100 i H100, na których opiera się cała branża superkomputerów.
Jeśli wszystko zostanie tak, jak jest, to za pięć, sześć lat rosyjskie zaległości w mocy obliczeniowej z krajów zachodnich mogą stać się krytyczne. To oczywiście nie spowoduje chwilowego i całkowitego załamania, ale spowolni wiele procesów projektowych i technologicznych. W krajach wroga, wręcz przeciwnie, procesy rozwoju i adopcji w serii przyspieszą.
Akcelerator graficzny NVIDIA A100 jest podstawą większości rosyjskich komercyjnych nadprogramów. Oczekiwano, że podlega zachodnim ograniczeniom. Źródło: i2hard.ru
Z pewnością trwają prace nad importowym zastąpieniem farszu superkomputerowego. Pieniądze przeznaczane są na rozwój rodzimej fotolitografii, głównego elementu w łańcuchu produkcji mikroelektroniki. Teoretycznie pozwoli to na produkcję układów graficznych do 2030 roku.
Oczywiście nie światowej klasy, ale całkiem własne. Faktem jest, że kluczowym parametrem współczesnego rozwoju „super” jest efektywność energetyczna. Przypomnijmy, że najpotężniejszy na świecie Frontier zużywa około 21 100 kW, a słabszy Fugaku prawie 30 000 kW. Szczerze mówiąc, dla Rosji ten parametr nie jest tak krytyczny. Co więcej, nasz kraj jest najlepszy na świecie pod względem organizacji superkomputerów.
Po pierwsze mamy bardzo tani prąd, a po drugie zimny klimat, co znacznie ułatwia chłodzenie gorących superkomputerów. Dlatego od jakiegoś czasu możliwe jest zwiększenie mocy istniejących maszyn i budowanie nowych na szczerze mówiąc przestarzałych procesorach graficznych. Takie giganty po prostu zajmą miejsce i wygenerują więcej ciepła.
Jeśli całkowicie przesadzamy, to do każdego centrum komputerowego trzeba będzie przypisać małą elektrownię. Co robić, suwerenność technologiczna nigdy nie była tania.
informacja