Jak superpočítače utvářejí budoucnost lidstva

Zveřejnění: Vaše podpora pomáhá udržovat provoz webu! Za některé služby, které na této stránce doporučujeme, dostáváme poplatek za doporučení.


Superpočítače utvářejí budoucnost lidstva

Lidstvo prošlo dlouhou cestu. Náš dnešní svět je plný technologií a zázraků, o nichž jsme si mysleli, že jsou oblastí sci-fi ještě před nedávnem.

Náš technologický rozvoj je exponenciální. Právě před několika stovkami let jsme začali zkoumat možnosti elektřiny a v domácnostech se začátkem 20. století stalo běžným. O několik desetiletí později jsme poslali astronauty na Měsíc.

Přesto s veškerým pokrokem, který jsme dosáhli, máme stále vážné problémy, které jsme nebyli schopni řešit: světový hlad, nedostatek čisté pitné vody pro každého, nemoci jako rakovina a přírodní katastrofy, které berou životy a ničí jídlo spotřební materiál.

Blížíme se však k době, kdy technologie může pomoci vyřešit tyto problémy pomocí superpočítačů.

Superpočítače jsou masivně výkonné a neuvěřitelně drahé počítače. Oni používají obrovské množství energie, zabírají obrovské množství prostoru a vyžadují tisíce galonů vody každou minutu k regulaci jejich teploty. Superpočítač je obvykle vyvíjen pro jeden účel a často vyžaduje speciální přizpůsobený software, aby mohl vykonávat svou práci.

Superpočítače jsou už dlouho. První superpočítač, CDC 6600, byl vyvinut v roce 1964 a byl použit k analýze různých experimentů prováděných v CERN (Evropská organizace pro jaderný výzkum). CDC 6600 byl nejrychlejším počítačem na světě od roku 1964 do roku 1969.

Od té doby se superpočítače používají pro věci, jako je předpovědi počasí, výzkum klimatu, průzkum ropy a zemního plynu, molekulární modelování, kryptanalýza a další.

A v blízké budoucnosti mohou být nuceni překonat tyto zdánlivě neřešitelné problémy: pomáhat rozvíjet udržitelné systémy, jako je odběr pitné vody z různých zdrojů, přesnější předpovídání počasí, abychom mohli zachránit životy a optimalizovat naše zemědělství tak, aby rostlo více potravin , a dokonce rozvíjet individualizované lékařské ošetření.

Co přesně jsou superpočítače, jak fungují a jak změní naši budoucnost? Podívejte se na obrázek níže a zjistíte to.

superpočítače

Jak superpočítače utvářejí budoucnost lidstva

Představte si, že předpovídáte počasí, takže přesně můžete zachránit životy před povodněmi nebo zmapovat DNA a drobné genetické rozdíly a upravit léky tak, aby zachránily život dítěte. To jsou některé ze složitých problémů, které vědci začínají řešit pomocí moderních superpočítačů.

Charakteristika superpočítače

  • Silný
    • Kapacita trychtýřů co nejrychleji
    • Výkon měřený v masivních číslech
      • FLOPS – operace s pohyblivým bodem za sekundu
      • Teraflopy
        • Jeden bilion operací každou sekundu
        • 10 až 12. síla (1012)
          • 1 000 000 000 000
      • Petaflops
        • Jeden kvadrilion výpočtů každou sekundu
        • 10 až 15. síla (1015)
          • Asi 200 000krát rychlejší než standardní osobní počítač
      • Exascale
        • 1 000krát rychlejší než petaflop
  • Drahý
    • Stovky milionů dolarů
    • Jaguar, 3. nejrychlejší superpočítač
      • 104 milionů dolarů na instalaci
      • 1 milion dolarů ročně na provoz
      • Roční náklady 10 milionů dolarů pro techniky
  • Postaveno pro specifické aplikace
    • Animační grafika
    • Masivní výpočty matematických dat
    • Jaderný výzkum
    • Obecné modely cirkulace zemského klimatu
  • Skládá se z desítek tisíc výpočetních uzlů
    • CPU
      • Centrální zpracovatelské jednotky
      • Brainpower pro počítač
      • Osobní počítače mají obvykle jeden procesor
    • GPU
      • Grafické jednotky
      • Nejčastěji se vztahuje na 3D grafiku
  • Nejvíce ovládán Linuxovým softwarem
    • Open-source operační systém
    • Provozuje 485 z 500 nejlepších superpočítačů na světě
  • Chlazený vodou
    • Snižuje spotřebu energie z horkých procesorů
    • Chladicí systémy běží rychleji

Vývoj superpočítače

  • CDC 6600 – první superpočítač
    • Vydáno: 1964
    • Rychlost: 3 megaflopy
      • 10x rychlejší než jakýkoli jiný počítač v té době
    • První úspěšný superpočítač
      • Vytvořeno společností Control Data Corporation
        • Navrhl Seymour Cray, který by dále založil Cray Research
      • Jeden procesor
        • 40MHz
      • Cena 8 milionů dolarů, prodaná za 60 milionů USD
  • Cray 2
    • Vydáno: 1985
    • Rychlost: 1,9 gigaflops
      • Dvakrát rychlejší než předchozí Cray X-MP
    • Nejrychlejší počítač na světě
      • Zůstal nejrychlejší déle než 5 let
      • Měl 8 CPU
      • Bylo stejně rychlé jako iPad 2 – vydané v roce 2011
  • Hitachi SR2201
    • Vydáno: 1996
    • Rychlost: 600 gigaflops
    • Jeden z prvních masivně paralelních superpočítačů
      • 2048 CPU
  • NEC Earth Simulator
    • Vydáno: 2002
    • Rychlost: 35 teraflopsů
    • Vytvořeno pro projekt „Earth Simulator“ japonské vlády
      • Cena 900 milionů dolarů
      • Vyvinul:
        • Japonská agentura pro průzkum vesmíru
        • Japonský institut pro výzkum atomové energie
        • Japonské námořní vědecké a technologické centrum
      • Postaveno pro provozování klimatických modelů
  • IBM Blue Gene / L
    • Vydáno: 2007
    • Rychlost: 600 teraflopsů
    • Část projektu IBM Blue Gene
      • Začal v roce 1999 s cílem vytvořit masivně paralelní počítač
        • 100 milionů dolarů financování
        • Zpočátku pětiletý program
      • Blue Gene / L byl přes 3 roky rychlý počítač na světě
  • IBM Roadrunner
    • Vydáno: 2009
    • Cena 130 milionů dolarů
    • Vytvořeno pro Národní správu jaderné bezpečnosti USA-DOE
      • První hybridní superpočítač
        • Použité různé procesory:
          • Dvoujádrový Opteron
          • PowerXCell 8i
        • Software musel být napsán speciálně pro něj
      • Nejdříve se dotkněte jednoho petaflopu

Dnešní prostředí superpočítačů

  • Svět superpočítačů se neustále mění
  • TOP500 obsahuje seznam nejvýkonnějších superpočítačů
    • Počítače seřadily podle schopnosti řešit množiny rovnic podle projektu TOP500.
    • Země s nejvíce superpočítači
      • Spojené státy: 233
      • Čína: 76
      • Japonsko: 30
    • Nejrychlejší superpočítač od června 2015
      • Superpočítač Tianhe-2
        • Vydáno: 2013
        • Rychlost: 34 petaflop
          • Téměř dvakrát rychlejší než druhý nejrychlejší počítač, Cray Titan
        • Vyvinutý Národní univerzitou obranné technologie v čínské Guangzhou

Již brzy: Nejvýkonnější superpočítač na světě

  • Japonský Fujitsu Exascale
  • Projekt s názvem FLAGSHIP 2020
    • Chtěl být nejlepším superpočítačem na světě
  • Plánováno do provozu do dubna 2021
  • Vlastnosti
    • Vícejádrová architektura
      • Univerzální CPU
      • Síťová rozhraní v čipech CPU
      • Multidimenzionální topologie sítě torus
        • Způsob propojení jednotek k vytvoření výkonného a rychlého počítačového propojení mezi jednotkami
    • 1 000 petaflop (1 exaflop)
      • 1 quintillion výpočty každou sekundu (1 následovaný 18 nuly)
      • 30x rychlejší než dnešní špičkové superpočítače
  • Jak to může pomoci zachránit svět:
    • Předpovědi zemětřesení a tsunami
    • Globální modelování klimatu
    • Vývoj bezpečnějších aut a lepší baterie
    • Lepší výzkum drog
    • Výzkum nových vysoce výkonných materiálů
    • Astronomický výzkum se zdokonalenými simulacemi galaxií

Pitná voda vyvinutá superpočítačem

  • Globální vodní krize
    • 98% světové vody je nezničitelná slaná voda
    • Rostoucí populace napíná sladkovodní zdroje
      • 15% světové populace, 1,1 miliardy, nemá pravidelný přístup k pitné vodě
    • Změny v klimatických vzorcích spojené s globálním oteplováním způsobují průvanu a záplavy, a tak vytlačují vodní zdroje
      • Odhaduje se, že světová poptávka po vodě je do roku 2030 o 40% vyšší než celosvětová nabídka
    • Výsledek: stále více lidí nemá pitnou vodu a zhorší se to
  • Tým vědců z univerzity Shinshu v současné době vytváří simulace filtrace pomocí současného japonského superpočítače Fujitsu
    • Provozují modely membrán pro separaci vody, které používají nano-uhlík k přeměně nezničitelné vody na pitnou vodu
      • Použitelná by mohla být mořská voda i voda kontaminovaná olejem
    • Fujitsu superpočítač analyzuje systémy pro odvod vody
    • Provádějí simulace – zkoumají vodu až na molekulární úroveň poprvé
    • Zkoumají membrány, které jsou propustné pro vodu, ale také odolné vůči teplu a chemikáliím
  • To by mohlo pomoci zachránit svět:
    • Vývoj udržitelných metod extrakce použitelné vody z různých zdrojů
    • Poskytování bezpečné vody milionům lidí po celém světě
      • Snížení počtu dětí, které zemřou z kontaminované vody
        • V současné době přes 2 miliony

Lepší předpovědi počasí

  • Předpověď počasí je mnohem důležitější než to, zda budete příští den potřebovat deštník
    • V zemědělství je rozhodující pro krátkodobé a dlouhodobé plánování
    • Zachraňuje životy varováním před nepříznivým počasím
    • Používá se dokonce i ve válce
      • D-Day byl odložen o 24 hodin na základě předpovědí počasí
  • Kancelář U.K. Met Office používá superpočítač Cray XC40 pro předpověď počasí
    • Vláda Spojeného království investuje 150 milionů USD (97 milionů GBP)
    • V Exeter, Devon, běží září 2015
      • Plná kapacita bude dosažena v roce 2017
    • 13x rychlejší než předchozí předpovědní systém
      • 480 000 jader CPU
        • 30 000 jednotlivých CPU
      • Zpracování na 16 petaflop
        • 16 kvadrilionových výpočtů za sekundu
      • 17 petabajtů skladovací kapacity
        • 17 milionů gigabajtů
      • Váží 140 tun
    • Vylepšená práce
      • Rychlejší předpovědi: každou hodinu namísto každé tři hodiny
      • Podrobnější modely lze provozovat pro citlivé oblasti, jako jsou letiště
      • Vylepšené klimatické projekce
  • To by mohlo pomoci zachránit svět:
    • Poskytování lepších povodňových varování
    • Omezení narušení letecké dopravy
    • Umožnění lepšího plánování změny klimatu
      • Očekává se, že bude ušetřeno více než 3 miliardy USD pouze ve Velké Británii

Genomic Medical Research

  • Genomické testování je nesmírně důležitou součástí medicíny
    • Používá se k diagnostice nemocí
    • Testy dopravce mohou určit pravděpodobnost, že rodiče předají nemoc svým dětem
    • Prenatální a novorozenecké testování na budoucí nemoci
  • Dětská nemocnice Phoenix získává superpočítač navržený výzkumníkem rakoviny Dr. Patrickem Soon-Shiongem
    • Je to pouze 4. nemocnice, která implementuje superpočítačový systém
    • Bude použit pro genomické testování
      • Nemocniční lékaři naznačují, že většina chronických onemocnění u dětí souvisí s genetikou
    • Bude podporovat výzkum chronických onemocnění u dětí
      • Vrozené srdeční problémy
      • Rakovina
    • Očekává se, že zlepší výzkumné možnosti v nemocnici
      • Výzkum se v současnosti provádí mimo lokalitu, což způsobuje až tři měsíce čekání – také stojí miliony
      • Superpočítač na místě by měl:
        • Zkraťte dobu čekání na 7 dní
        • Snižte náklady na testování
        • Vylepšete možnosti léčby
  • To by mohlo pomoci zachránit svět:
    • Nalezení vysoce individualizovaných léčebných postupů pro řešení rizik každého člověka a poskytování lepší preventivní péče

Jak se výpočetní problémy staly komplikovanějšími, superpočítače vždy čelily této výzvě – staly se stále silnějšími. A jsou stále potřebnější k řešení skutečných problémů, s nimiž se setkáváme v lékařství, životním prostředí a mnoha dalších.

Zdroje: 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

Zdroje

  • Co je superpočítač?
  • Co můžete dělat se superpočítačem?
  • Co je teraflop?
  • Co je petaflop?
  • “Žádný Exascale pro vás!” Rozhovor s Horst Simonem Berkeley Lab
  • Fujitsu navrhl japonský exascale superpočítač
  • CPU – centrální procesorová jednotka
  • GPU – jednotka pro zpracování grafiky
  • Linux dominuje superpočítačům jako nikdy předtím
  • Projekt TOP500
  • Čínský superpočítač Tianhe-2 udržuje nejlepší místo na seznamu nejlepších světových superpočítačů
  • Tianhe-2
  • Fujitsu navrhl japonský exascale superpočítač
  • Podrobnosti o budoucím japonském systému Exascale
  • Multi-toroidní propojení (PDF)
  • Výpočtové schopnosti superpočítačů zachránit svět před nedostatkem vody!
  • Reakce na problémy životního prostředí
  • Met Office postavil superpočítač 97 milionů liber
  • D-Day: Nejdůležitější předpověď počasí v historii
  • Phoenix Children získává superpočítač pro zlepšení testování genomů
Jeffrey Wilson Administrator
Sorry! The Author has not filled his profile.
follow me
    Like this post? Please share to your friends:
    Adblock
    detector
    map