Развитие суперкомпьютерных технологий – залог научно-технического прогресса, а интеллектуальные машины − двигатель информационной революции. Нужны они для супербыстрых вычислений и за эту способность получили название «числодробилы», или «числогрызы».
Часто суперкомпьютер – это несколько высокомощных компьютеров, объединенных высокоскоростной локальной сетью. Человеку потребовалось бы 100 000 лет, чтобы с калькулятором выполнить операции, которые такой компьютер делает за одну секунду.
Главное отличие суперкомпьютера от обычных, выполняющих задачи последовательно, в том, что он это делает одновременно. Поэтому для суперкомпьютеров разрабатывают специальное программное обеспечение.
Производительность компьютеров, как правило, оценивается во флопсах – количество операций над числами с плавающей запятой за секунду. Для это первоначально использовали мегафлопсы (количество миллионов операций за секунду), с 2008 года – петафлопсы (количество миллионов миллиардов вычислений в секунду). Например, производительность суперкомпьютера Fugaku (абсолютного лидера ежегодного рейтинга самых мощных машин) – 415, а Summit (лидер TOP-500 до того, как в 2021 году был введен в эксплуатацию Fugaku) – 148 петафлопс.
Создание подобной вычислительной системы можно сравнить со строительством завода с его системами охлаждения, бесперебойного питания и т.д. На создание и сборка Fugaku, например, ушло более 6 лет.
Суперкомпьютер, даже весьма умеренной конфигурации, стоит не один миллион долларов. Но какие задачи, кроме разработки ядерного оружия (первый опыт использования суперкомпьютеров), столь важны, чтобы идти на подобные траты?
Оказывается сегодня максимум вычислений за минимум времени требуется не только в военной области. Суперкомпьютеры широко применяются в теоретической физике, биологии, криптографии, статистике. Они незаменимы в компьютерном моделировании, когда методом простого перебора множества значений или в режиме реального времени обрабатываются большие объемы данных. Суперкомпьютеры помогают предсказывать глобальные изменения климата. Им мы обязаны революцией в медицине, в частности, в диагностике и лечении рака.
Суперкомпьютер Fugaku изучает пути распространения вируса COVID-19 и его диагностику, обрабатывая для этого коэффициент заражения вируса, его состав, модель поведения. В дальнейшем ему будут поручены прогнозирование и симуляция природных катастроф, разработка и совершенствование «зеленых» технологий.
Способность суперкомпьютеров моделировать реальность позволяет астрономам и астрофизикам воспроизводить события и процессы, протекающие во Вселенной. Так, например, в марте 2021 года австралийские астрономы из Технологического университета Суинберна совместно с коллегами из Калифорнийского технологического университета смоделировали эволюцию Млечного Пути, используя для этого все накопленные данные о звездных скоплениях нашей галактики.
Существуют суперкомпьютеры, работающие с единственным приложением, которое задействует всю их память. Например, при моделировании ядерных испытаний. Считается, что в будущем это позволит отказаться от реальных испытаний опасного оружия, исключив риски взрывов или утечек при длительном хранении.
Не обходятся без суперкомпьютеров в сейсморазведке, нефте- и газодобывающей промышленности, автомобилестроении, проектировании электронных устройств, фармакологии, синтезе новых материалов. Они нужны при моделировании взаимодействия сложных систем и выработке эффективных управленческих решений; при прогнозировании рыночной динамики и во многих других отраслях.
Не обходятся без суперкомпьютеров и предприятия. По информации компании Ford, crash-тесты, при которых реальные автомобили разбиваются о бетонную стену с одновременным замером необходимых параметров, съемкой и последующей обработкой результатов, потребовали бы от 10 до 150 прототипов для каждой новой модели, а общие затраты в таком случае составили бы порядка 60 млн. долл. США, тогда как использование суперкомпьютеров позволяет сократить число прототипов на треть. Колоссальная реальная экономия для бизнеса!
Наконец, развитие информационных технологий и расширение применения суперкомпьютеров привели к появлению новых направлений на стыке информатики и других наук: биологии, химии, лингвистики, экономики.
Поэтому закономерно, что суперкомпьютерные технологии применяются на только за рубежом, но и в России. В мировом рейтинге Top-500 в мае 2022 года 22 место занял суперкомпьютер «Червоненкис», принадлежащий Яндексу, 46 место – суперкомпьютер Сбербанка, 318 место – суперкомпьютер МТС. Начали использовать суперкомпьютерные технологии и отечественные университеты. Например, Российский экономический университет им. Г.В. Плеханова, Высшая школа экономики и др.
Статью подготовил начальник отделения Специального факультета «Высшая школа "Форсайт"» Виктор Муравлев
