Πώς οι υπερυπολογιστές διαμορφώνουν το μέλλον της ανθρωπότητας

Αποκάλυψη: Η υποστήριξή σας βοηθά στη διατήρηση της λειτουργίας του ιστότοπου! Κερδίζουμε ένα τέλος παραπομπής για ορισμένες από τις υπηρεσίες που προτείνουμε σε αυτήν τη σελίδα.


Οι υπερυπολογιστές διαμορφώνουν το μέλλον της ανθρωπότητας

Η ανθρωπότητα έχει διανύσει πολύ δρόμο. Ο κόσμος μας σήμερα είναι γεμάτος τεχνολογία και θαύματα που νομίζαμε ότι ήταν ο τομέας της επιστημονικής φαντασίας πριν από πολύ καιρό.

Η τεχνολογική μας ανάπτυξη είναι εκθετική. Πριν από μερικές εκατοντάδες χρόνια ξεκινήσαμε να διερευνούμε τις δυνατότητες ηλεκτρικής ενέργειας και δεν έγινε συνηθισμένο στα νοικοκυριά μέχρι τις αρχές του 20ου αιώνα. Λίγες δεκαετίες αργότερα, στείλαμε αστροναύτες στο φεγγάρι.

Ωστόσο, ακόμη και με όλη την πρόοδο που έχουμε σημειώσει, εξακολουθούμε να έχουμε σοβαρά ζητήματα που δεν μπορέσαμε να αντιμετωπίσουμε: την παγκόσμια πείνα, την έλλειψη καθαρού πόσιμου νερού για όλους, ασθένειες όπως ο καρκίνος και φυσικές καταστροφές που τραβούν ζωές και καταστρέφουν τα τρόφιμα προμήθειες.

Αλλά πλησιάζουμε σε μια εποχή όπου η τεχνολογία μπορεί να βοηθήσει στην επίλυση αυτών των προβλημάτων, χρησιμοποιώντας υπερυπολογιστές.

Οι υπερυπολογιστές είναι μαζικά ισχυροί και απίστευτα ακριβοί υπολογιστές. Χρησιμοποιούν τεράστιες ποσότητες ενέργειας, καταλαμβάνουν τεράστιο χώρο και απαιτούν χιλιάδες γαλόνια νερού κάθε λεπτό για να ρυθμίσουν τις θερμοκρασίες τους. Ένας υπερυπολογιστής συνήθως αναπτύσσεται για έναν μόνο σκοπό και συχνά απαιτεί ειδικό προσαρμοσμένο λογισμικό για να κάνει τη δουλειά του.

Οι υπερυπολογιστές βρίσκονται εδώ και πολύ καιρό. Ο πρώτος υπερυπολογιστής, ο CDC 6600, αναπτύχθηκε το 1964 και χρησιμοποιήθηκε για την ανάλυση διαφόρων πειραμάτων που πραγματοποιήθηκαν στο CERN (Ευρωπαϊκός Οργανισμός Πυρηνικής Έρευνας). Το CDC 6600 ήταν ο γρηγορότερος υπολογιστής στον κόσμο από το 1964 έως το 1969.

Από τότε, οι υπερυπολογιστές έχουν χρησιμοποιηθεί για πράγματα όπως πρόγνωση καιρού, έρευνα για το κλίμα, εξερεύνηση πετρελαίου και φυσικού αερίου, μοριακή μοντελοποίηση, κρυπτοανάλυση και άλλα.

Και στο εγγύς μέλλον, μπορεί να εργαστούν για να ξεπεράσουν αυτά τα φαινομενικά άλυτα προβλήματα: βοηθώντας στην ανάπτυξη βιώσιμων συστημάτων όπως η εξαγωγή πόσιμου νερού από διαφορετικές πηγές, η ακριβέστερη πρόβλεψη του καιρού, ώστε να μπορούμε να σώσουμε ζωές και να βελτιστοποιήσουμε τη γεωργία μας για να μεγαλώσουμε περισσότερα τρόφιμα , ακόμη και την ανάπτυξη εξατομικευμένων ιατρικών θεραπειών.

Τι ακριβώς είναι οι υπερυπολογιστές, πώς λειτουργούν και πώς θα αλλάξουν το μέλλον μας; Ρίξτε μια ματιά στο παρακάτω γράφημα για να μάθετε.

υπερυπολογιστές

Πώς οι υπερυπολογιστές διαμορφώνουν το μέλλον της ανθρωπότητας

Φανταστείτε την πρόβλεψη του καιρού με ακρίβεια που θα μπορούσατε να σώσετε ζωές από πλημμύρες ή να χαρτογραφήσετε DNA και μικροσκοπικές γενετικές διαφορές για να προσαρμόσετε τα φάρμακα για να σώσετε τη ζωή ενός παιδιού. Αυτά είναι μερικά από τα περίπλοκα ζητήματα που οι επιστήμονες αρχίζουν να αντιμετωπίζουν με τη βοήθεια σύγχρονων υπερυπολογιστών.

Χαρακτηριστικά ενός υπερυπολογιστή

  • Ισχυρός
    • Δυνατότητα διοχέτευσης σε λίγα προγράμματα το συντομότερο δυνατό
    • Ισχύς που μετράται σε τεράστιους αριθμούς
      • FLOPS – Λειτουργίες κινούμενου σημείου ανά δευτερόλεπτο
      • Teraflops
        • Ένα τρισεκατομμύριο πράξεις κάθε δευτερόλεπτο
        • 10 έως την 12η δύναμη (1012)
          • 1.000.000.000.000
      • Petaflops
        • Ένας τετρα δισεκατομμύρια υπολογισμοί κάθε δευτερόλεπτο
        • 10 έως την 15η δύναμη (1015)
          • Περίπου 200.000 φορές πιο γρήγορα από έναν τυπικό προσωπικό υπολογιστή
      • Exascale
        • 1.000 φορές πιο γρήγορα από ένα petaflop
  • Ακριβός
    • Εκατοντάδες εκατομμύρια δολάρια
    • Jaguar, 3ος ταχύτερος υπερυπολογιστής
      • 104 εκατομμύρια δολάρια για εγκατάσταση
      • 1 εκατομμύριο δολάρια ετησίως για εκτέλεση
      • 10 εκατομμύρια δολάρια ετήσιο κόστος για τεχνικούς
  • Κατασκευασμένο για συγκεκριμένες εφαρμογές
    • Κινούμενα γραφικά
    • Μαζικοί υπολογισμοί μαθηματικών δεδομένων
    • Πυρηνική έρευνα
    • Γενικά μοντέλα κυκλοφορίας του κλίματος της Γης
  • Αποτελείται από δεκάδες χιλιάδες υπολογιστικούς κόμβους
    • CPU
      • Κεντρικές μονάδες επεξεργασίας
      • Brainpower για έναν υπολογιστή
      • Οι προσωπικοί υπολογιστές έχουν γενικά μία CPU
    • GPU
      • Μονάδες επεξεργασίας γραφικών
      • Πιο συχνά εφαρμόζεται σε τρισδιάστατα γραφικά
  • Τα περισσότερα ελέγχονται από λογισμικό Linux
    • Λειτουργικό σύστημα ανοιχτού κώδικα
    • Εκτελεί 485 από τους 500 κορυφαίους υπερυπολογιστές στον κόσμο
  • Υδρόψυκτο
    • Μειώνει την κατανάλωση ενέργειας από ζεστούς επεξεργαστές
    • Τα ψυχρότερα συστήματα λειτουργούν πιο γρήγορα

Εξέλιξη του υπερυπολογιστή

  • CDC 6600 – πρώτος υπερυπολογιστής
    • Κυκλοφόρησε: 1964
    • Ταχύτητα: 3 megaflops
      • 10x γρηγορότερα από οποιονδήποτε άλλο υπολογιστή εκείνη τη στιγμή
    • Πρώτος επιτυχημένος υπερυπολογιστής
      • Κατασκευάστηκε από την Control Data Corporation
        • Σχεδιάστηκε από τον Seymour Cray, ο οποίος θα συνεχίσει να ιδρύει την Cray Research
      • Ενιαία CPU
        • 40MHz
      • Κόστος 8 εκατομμυρίων $, πουλήθηκε για 60 εκατομμύρια δολάρια
  • Cray 2
    • Κυκλοφόρησε: 1985
    • Ταχύτητα: 1,9 gigaflops
      • Δύο φορές πιο γρήγορα από το προηγούμενο Cray X-MP
    • Ο γρηγορότερος υπολογιστής στον κόσμο
      • Παρέμεινε ταχύτερα για πάνω από 5 χρόνια
      • Είχα 8 CPU
      • Ήταν τόσο γρήγορο όσο ένα iPad 2 – κυκλοφόρησε το 2011
  • Hitachi SR2201
    • Κυκλοφόρησε: 1996
    • Ταχύτητα: 600 gigaflops
    • Ένας από τους πρώτους μαζικά παράλληλους υπερυπολογιστές
      • 2048 επεξεργαστές
  • Προσομοιωτής γης NEC
    • Κυκλοφόρησε: 2002
    • Ταχύτητα: 35 teraflops
    • Δημιουργήθηκε για το “Earth Simulator Project” της ιαπωνικής κυβέρνησης
      • Κόστος 900 εκατομμύρια δολάρια
      • Αναπτύχθηκε από:
        • Υπηρεσία εξερεύνησης αεροδιαστημικής της Ιαπωνίας
        • Ινστιτούτο Ερευνών Ατομικής Ενέργειας της Ιαπωνίας
        • Κέντρο Θαλάσσιας Επιστήμης και Τεχνολογίας της Ιαπωνίας
      • Κατασκευασμένο για να λειτουργεί μοντέλα κλίματος
  • IBM Blue Gene / L
    • Κυκλοφόρησε: 2007
    • Ταχύτητα: 600 teraflops
    • Μέρος του προγράμματος Blue Gene της IBM
      • Ξεκίνησε το 1999 με στόχο τη δημιουργία ενός μαζικά παράλληλου υπολογιστή
        • Χρηματοδότηση 100 εκατομμυρίων δολαρίων
        • Αρχικά ένα πενταετές πρόγραμμα
      • Το Blue Gene / L ήταν ο γρήγορος υπολογιστής στον κόσμο για πάνω από 3 χρόνια
  • IBM Roadrunner
    • Κυκλοφόρησε: 2009
    • Κόστος 130 εκατομμύρια δολάρια
    • Δημιουργήθηκε για την Εθνική Υπηρεσία Πυρηνικής Ασφάλειας των ΗΠΑ-DOE
      • Πρώτος υβριδικός υπερυπολογιστής
        • Χρησιμοποιήθηκαν διαφορετικές CPU:
          • Διπύρηνος Opteron
          • PowerXCell 8i
        • Το λογισμικό έπρεπε να γραφτεί ειδικά για αυτό
      • Πρώτα να φτάσετε πάνω από ένα petaflop

Το σημερινό περιβάλλον υπερυπολογιστών

  • Ο κόσμος των υπερυπολογιστών αλλάζει συνεχώς
  • Το TOP500 παρέχει μια λίστα με τους πιο ισχυρούς υπερυπολογιστές
    • Υπολογιστές που ταξινομούνται κατά ικανότητα επίλυσης συνόλων εξισώσεων από το έργο TOP500.
    • Χώρες με τους περισσότερους υπερυπολογιστές
      • Ηνωμένες Πολιτείες: 233
      • Κίνα: 76
      • Ιαπωνία: 30
    • Ο γρηγορότερος υπερυπολογιστής από τον Ιούνιο του 2015
      • Υπερυπολογιστής Tianhe-2
        • Κυκλοφόρησε: 2013
        • Ταχύτητα: 34 petaflops
          • Σχεδόν δύο φορές πιο γρήγορα από τον δεύτερο γρηγορότερο υπολογιστή, το Cray Titan
        • Αναπτύχθηκε από το Εθνικό Πανεπιστήμιο Αμυντικής Τεχνολογίας στο Γκουάνγκτζου της Κίνας

Σύντομα διαθέσιμο: Ο πιο σούπερ υπερυπολογιστής στον κόσμο

  • Ιαπωνικό Fujitsu Exascale
  • Έργο που ονομάζεται FLAGSHIP 2020
    • Σημαίνει να είμαι ο κορυφαίος υπερυπολογιστής στον κόσμο
  • Σχεδιάστηκε να τεθεί σε λειτουργία έως τον Απρίλιο του 2021
  • Χαρακτηριστικά
    • Πολυπύρηνη αρχιτεκτονική
      • CPU γενικής χρήσης
      • Διεπαφές δικτύου σε τσιπ CPU
      • Πολυδιάστατη τοπολογία δικτύου torus
        • Ένας τρόπος σύνδεσης των μονάδων για τη δημιουργία μιας ισχυρής και γρήγορης σύνδεσης υπολογιστών μεταξύ των μονάδων
    • 1.000 petaflops (1 exaflop)
      • 1 quintillion υπολογισμοί κάθε δευτερόλεπτο (1 ακολουθούμενο από 18 μηδενικά)
      • 30x γρηγορότερα από τους σημερινούς κορυφαίους υπερυπολογιστές
  • Πώς μπορεί να σας βοηθήσει να σώσετε τον κόσμο:
    • Προβλέψεις σεισμού και τσουνάμι
    • Παγκόσμια μοντελοποίηση του κλίματος
    • Ανάπτυξη ασφαλέστερων αυτοκινήτων και καλύτερων μπαταριών
    • Καλύτερη έρευνα για τα ναρκωτικά
    • Έρευνα για νέα υλικά υψηλής απόδοσης
    • Αστρονομική έρευνα με βελτιωμένες προσομοιώσεις γαλαξιών

Πόσιμο νερό που αναπτύχθηκε από υπερυπολογιστές

  • Παγκόσμια κρίση νερού
    • Το 98% του νερού στον κόσμο είναι αλάτι
    • Ο αυξανόμενος πληθυσμός πιέζει πηγές γλυκού νερού
      • Το 15% του παγκόσμιου πληθυσμού, 1,1 δισεκατομμύρια, δεν έχει τακτική πρόσβαση σε πόσιμο νερό
    • Οι αλλαγές στα κλιματικά πρότυπα που συνδέονται με την υπερθέρμανση του πλανήτη προκαλούν ρεύματα και πλημμύρες, επομένως εκτοπίζουν τους υδάτινους πόρους
      • Η παγκόσμια ζήτηση νερού εκτιμάται ότι είναι 40% υψηλότερη από την παγκόσμια προσφορά έως το 2030
    • Αποτέλεσμα: όλο και περισσότεροι άνθρωποι δεν έχουν πόσιμο νερό και θα επιδεινωθεί μόνο
  • Μια ομάδα επιστημόνων στο Πανεπιστήμιο Shinshu δημιουργεί προσομοιώσεις φιλτραρίσματος χρησιμοποιώντας τον τρέχοντα υπερυπολογιστή της Ιαπωνίας Fujitsu
    • Χρησιμοποιούν μοντέλα μεμβρανών διαχωρισμού νερού που χρησιμοποιούν νανο-άνθρακα για να μετατρέψουν το πόσιμο νερό σε ασφαλές πόσιμο νερό
      • Θαλασσινό νερό και ακόμη και μολυσμένο με λάδι νερό θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί
    • Ο υπερυπολογιστής Fujitsu αναλύει συστήματα εξαγωγής νερού
    • Εκτελούν προσομοιώσεις – εξετάζουν το νερό μέχρι το μοριακό επίπεδο για πρώτη φορά
    • Ερευνούν μεμβράνες που είναι διαπερατές από το νερό, αλλά και ανθεκτικές στη θερμότητα και στις χημικές ουσίες
  • Αυτό μπορεί να σας βοηθήσει να σώσετε τον κόσμο με:
    • Ανάπτυξη βιώσιμων μεθόδων εξαγωγής χρησιμοποιήσιμου νερού από διάφορες πηγές
    • Παροχή ασφαλούς νερού σε εκατομμύρια ανθρώπους σε όλο τον κόσμο
      • Μείωση του αριθμού των παιδιών που πεθαίνουν από μολυσμένο νερό
        • Επί του παρόντος πάνω από 2 εκατομμύρια

Καλύτερη πρόγνωση καιρού

  • Η πρόγνωση του καιρού είναι πολύ πιο σημαντική από το αν θα χρειαστείτε ή όχι την επόμενη μέρα
    • Είναι κρίσιμο στη γεωργία για βραχυπρόθεσμο και μακροπρόθεσμο σχεδιασμό
    • Σώζει ζωές δίνοντας προειδοποίηση για σοβαρό καιρό
    • Χρησιμοποιείται ακόμη και στον πόλεμο
      • Η D-Day αναβλήθηκε 24 ώρες με βάση τις καιρικές προβλέψεις
  • Το Ηνωμένο Βασίλειο Met Office χρησιμοποιεί έναν υπερυπολογιστή Cray XC40 για πρόγνωση καιρού
    • Κυβέρνηση του Ηνωμένου Βασιλείου επενδύει 150 εκατομμύρια δολάρια (97 εκατομμύρια λίρες)
    • Στο Έξετερ, Ντέβον, τον Σεπτέμβριο του 2015
      • Πλήρης χωρητικότητα που θα επιτευχθεί το 2017
    • 13x γρηγορότερα από το προηγούμενο σύστημα πρόβλεψης
      • 480.000 πυρήνες CPU
        • 30.000 μεμονωμένοι επεξεργαστές
      • Επεξεργασία σε 16 petaflops
        • 16 τετραδισεκατομμύρια υπολογισμοί ανά δευτερόλεπτο
      • 17 petabytes χωρητικότητας αποθήκευσης
        • 17 εκατομμύρια gigabyte
      • Ζυγίζει 140 τόνους
    • Βελτιωμένη εργασία
      • Ταχύτερες προβλέψεις: κάθε ώρα αντί κάθε τρεις ώρες
      • Πιο λεπτομερή μοντέλα μπορούν να χρησιμοποιηθούν για ευαίσθητες περιοχές όπως τα αεροδρόμια
      • Βελτιωμένες προβλέψεις για το κλίμα
  • Αυτό μπορεί να σας βοηθήσει να σώσετε τον κόσμο με:
    • Παροχή καλύτερων προειδοποιήσεων για πλημμύρες
    • Μείωση των διακοπών των αεροπορικών ταξιδιών
    • Επιτρέποντας καλύτερο σχεδιασμό κλιματικών αλλαγών
      • Πάνω από 3 δισεκατομμύρια δολάρια αναμένεται να εξοικονομηθούν μόνο στο Ηνωμένο Βασίλειο

Γονιδιωματική Ιατρική Έρευνα

  • Ο γονιδιωματικός έλεγχος είναι ένα εξαιρετικά σημαντικό μέρος της ιατρικής
    • Χρησιμοποιείται για τη διάγνωση ασθενειών
    • Οι εξετάσεις φορέα μπορούν να προσδιορίσουν την πιθανότητα μετάδοσης μιας ασθένειας από τους γονείς στα παιδιά τους
    • Προγεννητικός και νεογέννητος έλεγχος για μελλοντικές ασθένειες
  • Το Παιδικό Νοσοκομείο Phoenix διαθέτει έναν υπερυπολογιστή που σχεδιάστηκε από τον ερευνητή καρκίνου Dr. Patrick Soon-Shiong
    • Είναι το μόνο 4ο νοσοκομείο που εφαρμόζει ένα σύστημα υπερυπολογιστών
    • Θα χρησιμοποιηθεί για γονιδιωματική δοκιμή
      • Οι γιατροί του νοσοκομείου προτείνουν ότι οι περισσότερες χρόνιες ασθένειες στα παιδιά συνδέονται με τη γενετική
    • Θα υποστηρίξει την έρευνα για χρόνιες ασθένειες στα παιδιά
      • Συγγενή καρδιακά προβλήματα
      • Καρκίνος
    • Αναμένεται να βελτιώσει τις ερευνητικές δυνατότητες στο νοσοκομείο
      • Η έρευνα αυτή τη στιγμή πραγματοποιείται εκτός του χώρου, προκαλώντας έως και τρεις μήνες αναμονής – κοστίζουν επίσης εκατομμύρια
      • Ο επιτόπιος υπερυπολογιστής πρέπει:
        • Μειώστε τον χρόνο αναμονής σε 7 ημέρες
        • Μειώστε το κόστος των δοκιμών
        • Βελτιώστε τις επιλογές θεραπείας
  • Αυτό μπορεί να σας βοηθήσει να σώσετε τον κόσμο με:
    • Εύρεση εξαιρετικά εξατομικευμένων θεραπειών για την αντιμετώπιση των κινδύνων κάθε ατόμου και την παροχή καλύτερης προληπτικής φροντίδας

Καθώς τα υπολογιστικά προβλήματα έγιναν πιο περίπλοκα, οι υπερυπολογιστές ανέκαθεν ανέκαθεν την πρόκληση – γινόταν όλο και πιο ισχυρός. Και είναι όλο και πιο απαραίτητο για την αντιμετώπιση των πραγματικών προβλημάτων που αντιμετωπίζουμε στην ιατρική, το περιβάλλον και πολλά άλλα.

Πηγές: webopedia.com, extremeetech.com, techtarget.com, top500.org, itworld.com, bbc.co.uk, cronkitenewsonline.com, zdnet.com, fujitsu.com, pcworld.com, hpcwire.com, ibm.com

Πηγές

  • Τι είναι ο υπερυπολογιστής?
  • Τι μπορείτε να κάνετε με έναν υπερυπολογιστή?
  • Τι είναι το teraflop?
  • Τι είναι το petaflop?
  • “Όχι Exascale για σένα!” Μια συνέντευξη με τον Horst Simon του Berkeley Lab
  • Η Fujitsu θα σχεδιάσει τον ιαπωνικό υπερυπολογιστή exascale
  • CPU – Κεντρική μονάδα επεξεργασίας
  • GPU – μονάδα επεξεργασίας γραφικών
  • Το Linux κυριαρχεί στους υπερυπολογιστές όπως ποτέ άλλοτε
  • Το έργο TOP500
  • Ο υπερυπολογιστής Tianhe-2 της Κίνας διατηρεί την πρώτη θέση στη λίστα των κορυφαίων υπερυπολογιστών του κόσμου
  • Tianhe-2
  • Η Fujitsu θα σχεδιάσει τον ιαπωνικό υπερυπολογιστή exascale
  • Λεπτομέρειες αναδύονται στο μελλοντικό σύστημα Exascale της Ιαπωνίας
  • Multi-Toroidal Interconnects (PDF)
  • Υπολογιστικές δυνατότητες υπερυπολογιστών για να σώσει τον κόσμο από τις ελλείψεις νερού!
  • Απάντηση σε περιβαλλοντικά ζητήματα
  • Συνάντησε το Office για την κατασκευή υπερυπολογιστών 97 εκατομμυρίων λιρών
  • D-Day: Η πιο σημαντική πρόγνωση καιρού στην ιστορία
  • Το Phoenix Children αποκτά υπερυπολογιστή για τη βελτίωση των γονιδιωματικών δοκιμών
Jeffrey Wilson Administrator
Sorry! The Author has not filled his profile.
follow me
    Like this post? Please share to your friends:
    Adblock
    detector
    map