Что такое суперкомпьютер и зачем он нужен?

Что такое суперкомпьютер?

В Ломоносовском корпусе на территории МГУ находится один из самых мощных суперкомпьютеров страны – «Ломоносов-2». Что такое суперкомпьютер? Все дело в приставке «супер» – она означает превосходство над тем обычным, с чем мы сталкиваемся.

Да, если их объединить в одну систему, то по некоторым параметрам она будет похожа на «Ломоносов». Но главное отличие суперкомпьютера в том, что все его процессоры очень быстро взаимодействуют. Даже если мы уговорим смартфоны общаться между собой через вайфай, это будет медленно. Или, например интернет – тоже большая компьютерная система. И я могу заставить миллионы компьютеров в интернете решать какую-то задачу. Но скорость взаимодействия компьютеров в сети на порядок ниже, чем скорость взаимодействия процессоров в суперкомпьютере.

Наш «Ломоносов-2» выполняет квадриллион (число с 15 нулями) операций в секунду. В России по мощности его опережает только сбербанковский Christofari.

В.В. Владимир Воеводин. Фото: rcc.msu.ru

Что он может?

Без суперкомпьютеров сегодня не обходится ни одна крупная высокотехнологичная компания. Не говоря уже о научных исследованиях. Нефтегазовая отрасль, машиностроение, банки, проектирование новых материалов, климат и экология, авиастроение и космос, микроэлектроника, медицинская техника – везде они нужны. Зачем? Это инструмент обеспечения конкурентоспособности. С помощью суперкомпьютера можно посчитать и спрогнозировать что угодно. Цифровая модель позволяет решать сложные задачи очень быстро. Все авиа и автомобильные двигатели обсчитываются на суперкомпьютерах, да и не только они.

На «Ломоносов-2» одновременно ведется сотни проектов. В том числе и исследования, связанные с медициной, с проектированием вакцин. Одно из направлений – компьютерный дизайн лекарств. Речь идет о том, чтобы подобрать работающие соединения веществ. Опытным путем перебрать все возможные соединения (а их может быть сотни тысяч) и каждое проверить – задача неподъемная, но «Ломоносову» это под силу. Еще одно из направлений – проектирование ультразвуковых томографов, которые позволяют, в частности, обнаружить рак молочной железы на очень ранних стадиях.

Посчитать сегодня можно все. Суперкомпьютеры очень активно используются в больших городах. Например, в определении особенностей микроклимата в условиях городской застройки. При застройке новой территории мы с помощью суперкомпьютера можем спрогнозировать, как будет распространяться загрязнение от соседней магистрали, не будут ли при определенном направлении ветра создаваться вихри около зданий, можем посчитать распределение примесей и температуры.

Суперкомпьютер "Ломоносов-2".  Фото: t-platforms.ru

Мы в топе, но где?

Если взглянуть на мировой рейтинг суперкомпьютеров Топ-500, увидим: то преимущество, которое было у нас в начале этого века, к сожалению, утеряно. Еще десять лет назад в Топ-500 входили 12 российских суперкомпьютеров. В 2009 году, благодаря «Ломоносову», Россия заняла самое высокое для себя – 12-е место. С тех пор мы только опускались, да и количество наших суперкомпьютеров в Топ-500 уменьшалось. Сейчас в этом мировом рейтинге только два российских суперкомпьютера. Это Christofari из Сбербанка и «Ломоносов-2». И наш компьютер на 199 месте. Россию обогнала Марокко, которая недавно поставила суперкомпьютер мощнее, чем «Ломоносов-2». В страновом рейтинге Россия примерно на 20-м месте, что совершенно не соответствует тому колоссальному потенциалу, которым мы обладаем.

Цифровое неравенство, цифровое превосходство – об этом сегодня говорят все чаще. Необходимо срочно принять концепцию национальной суперкомпьютерной инфраструктуры, которая предполагает развитие сети вычислительных центров! Мы с нею стучимся во все двери. Должно быть небольшое количество очень мощных компьютеров федерального уровня, они станут центрами коллективного пользования. Необходимо какое-то количество компьютеров поменьше, для обслуживания отдельных организаций, много высокопроизводительной техники уровня лабораторий. Это нужно науке, промышленности. Без этой инфраструктуры мы отстанем. Все знают: у нас принята стратегия развития искусственного интеллекта. Но искусственный интеллект надо где-то обучать. На чем? Без развития вычислительной базы это невозможно.

Через два года считать будет не на чем. И это при том богатейшем потенциале, которым обладает Россия. Вот посмотрите свежий аналитический обзор аналитического агентства Hyperion Research – они посчитали эффективность использования суперкомпьютерных технологий. Проанализировав 763 примеров применения суперкомпьютеров в промышленном секторе, они выяснили: каждый доллар, вложенный в суперкомпьютерные ресурсы, приносит 47 долларов прибыли. Похожий аргумент - больше пятидесяти процентов суперкомпьютеров из Топ-500 используются в промышленности. А там умеют считать деньги. На этих технологиях нужно и можно зарабатывать. И если не встать на этот путь, то мигом проиграешь.

Меньше некуда?

Мы подходим к точке, когда уменьшать процессоры будет уже невозможно. Все понимают, что этот предел не за горами. Активно ищутся новые формы компьютерных систем, одна из них – квантовый компьютер. Направление исключительно интересное, и исследования ведутся очень активно. В МГУ есть квантовый центр с очень сильными специалистами. И сейчас уже говорят не только про цифровое превосходство, но и про квантовое превосходство. Квантовые компьютеры – это системы фантастической производительности, они смогут делать то, что не под силу суперкомпьютерам. И, конечно, они будут специализированные и решать определенные типы задач.

Но когда появятся реальные квантовые компьютеры, можно только предполагать. А жить и считать надо сейчас. Нам еще многие годы жить в этих технологиях. Не зря сегодня ведущие экономики принимают госпрограммы развития экзафлопсных машин. «Экза» – это в тысячу раз мощнее «Ломоносова». Японский Fugaku, самый мощный суперкомпьютер в мире, – это уже полэкзофлопса.

Можно ли любовь просчитать?

Отвечая на этот вопрос, можно улыбнуться. Но… Вот в некоторых случаях говорят – озарение, интуиция. Это ведь то, что есть у человека, нужно только вовремя достать эту информацию и сопоставить эти факты. Почему сейчас такой бум искусственного интеллекта? Потому что вычислительные возможности вкупе с вычислительными технологиями позволяют эти корреляции находить и делать неожиданные выводы. Но это только так кажется, что они неожиданные. На самом деле – обычная математика, которая, сопоставляя, находит корреляции, аномалии, тренды. Некоторые вещи, которые традиционно компьютеру не приписывали (интуиция, прогнозирование), оказались возможными.