Суперкомпютрите, най-мощните машини на Земята, сe използват за всякакви цели – квадрилиони (числото, представляващо единица, последвана от 15 нули) изчисления в секудна, проучвания за лечение на болести или дори разкриване на произхода на Вселенета. Те заемат ключово място в световната технологична и информационна надпревара, която е особено ожесточена между Китай и САЩ.
Според класацията Top500, която класира компютрите по света, суперкомпютърът Frontier, разположен в кампуса на Националната лаборатория Оук Ридж – съоръжение на Министерството на енергетиката на САЩ в Тенеси, е най-бързият суперкомпютър в света към днешна дата. Машината на стойност 600 млн. долара, се състои от 74 шкафа, всеки от които тежък колкото един камион, охлаждани с 6000 галона вода в минута и свързани с 90 мили мрежови кабели. Това е и първият регистриран суперкомпютър, способен да извърши един екзафлоп (или 1 квинтилион) в секунда – един милиард милиарда операции. С други думи изчислителната мощност на устройството надминава тази на 5 милиона лаптопа и/или компютри взети заедно.
В световен мащаб малък брой държави разполагат със значими възможности за създаване на суперкомпютри. Сред 10-те най-бързи суперкомпютри в света шест се намират в САЩ, по един в Япония, Финландия, Испания и Италия. Според данни от Top500, Китай и САЩ притежават 60% от общия брой на най-мощните суперкомпютри. По отношение на компаниите в сектора на високопроизводителните изчислителни технологии първите пет доставчици са Lenovo (Китай, доставчик № 1 в света, с 36,8% пазарен дял), Inspur (Китай, 11,6%), Hewlett Packard Enterprise (САЩ, 9%), Sugon (Китай, 7,8%) и Atos (Франция, 7,2%).
Надпреварата за създаване на най-бързите суперкомпютри в света
От 1993 г. насам изчислителната мощност на суперкомпютрите се е увеличила от 124 GFLOPs на 442 010 TFLOPs – увеличение от 3,5 милиона пъти. През по-голямата част от 90-те и 2000-те години САЩ и Япония се надпреварваха за титлата най-бърз суперкомпютър в света. През 2010 г. обаче Китай за пръв път отне първото място на Япония и САЩ с въвеждането на Tianhe-1A – система с 2566 TFLOP, изградена с процесори на Intel. И така продължава международната надпревара за изчислителна скорост. От края на 2000 г. Китай демонстрира експлозивен ръст в областта на суперкомпютрите, като разполага със 173 машини в последната класация TOP500; САЩ са на второ място със 128, Япония – на трето с 33, а Обединеното кралство – на седмо с 12.
Суперкомпютрите до голяма степен са опит за пресъздаване на сложността на реалния свят. Колкото по-бърз е компютърът, толкова по-подробен е моделът и толкова по-голяма е верността на симулациите спрямо реалния свят. „Науката днес се прави чрез симулация; суперкомпютрите дават възможност за тази симулация“, казва Джак Донгара, компютърен учен в Университета на Тенеси и член на екипа на TOP500. „Често се казва, че страната с най-голям суперкомпютър може да създава най-добрата наука.“ Frontier, например, може да моделира времето и климата, петрола, физиката на високите енергии, новите материали, инженерните проекти и други неща. Fugaku се занимава с Covid-19, откриване на лекарства и прогнозиране на цунами. TaihuLight работи върху космическата индустрия, биомедицината и новата енергия.
Основни приложения на суперкомпютрите
Суперкомпютрите се справят отлично със сложни проблеми в най-различни области. Според общата изчислителна мощност в TFLOP, суперкомпютрите в света се използват основно в научните изследвания (1 533 466 TFLOP), в индустриалното производство (762 172 TFLOP) и в академичните среди (376 594 TFLOP).
„Възможностите за суперкомпютри са жизненоважни за разработването на много – може би почти всички – съвременни оръжия и системи за национална сигурност, като ядрени оръжия и хиперзвукови оръжия“, заяви министърът на търговията на САЩ Джина Раймондо. Също така суперкомпютрите имат и многобройни приложения във всички процеси на проектиране и производство: цифрово побратимяване, персонализиране на дизайна, управление на операциите, поддръжка, оптимизация или оценка. Симулацията, базирана на суперкомпютри, е подходяща и за 3D симулация на динамиката на флуидите, за симулация на шофиране за автономни превозни средства, за симулация на резервоари в нефтения и газовия бизнес, във финансите за оптимизиране на управлението на риска на борсата, при сценарии за управление на кризи (например горски пожари) и др.
Освен в промишлеността, ръстът в използването на суперкомпютри и цифровото побратимяване продължава да се дължи на научните изследвания, включително медицинските изследвания и науките за климата. Всъщност нуждата от изчислителна мощ в науката непрекъснато нараства. Като илюстрация, от 2020 г. Япония използва своя Fugaku, за да симулира разпространението на COVID-19. В бъдеще цифровото побратимяване на човешкото тяло, основано на ДНК на индивидите, на теория ще позволи медицинското лечение да бъде съобразено с физиологията и нуждите на човека.
Що се отнася до климата, през 2021 г. ЕС стартира своя проект „Destination Earth“ като част от плана си за „Зелена сделка“. Планът е да се създадат цифрови близнаци на Земята, за да се симулират последиците от изменението на климата, чрез високопрецизен цифров модел на Земята, за да се наблюдава и симулира природната и човешката дейност. Проектът ще се реализира в периода 2021-2030 г. До 2025 г. проектът ще включва платформа, базирана на облак, с четири до пет действащи цифрови близнаци.
От геополитика към „технополитика“
В целия свят високопроизводителните изчислителни технологии (HPC) навлязоха в геополитиката. HPC – най-общо дефинирани като усъвършенствани суперкомпютри, комбинирани с голям изкуствен интелект – са в центъра на националните и регионалните конфликти, особено между САЩ и Китай, като увеличават своята мощ, разходи, интензивност и потенциално въздействие. Което означава, че глобалните играчи поставят суперкомпютрите в центъра на своите стратегии за отбрана, наблюдение, здравеопазване и икономическа конкурентоспособност.
Прекалено ли е да се каже, че суперкомпютрите днес играят роля, подобна на надпреварата в ядрените оръжия и космическите изследвания в годините на Студената война? Точно както изстрелването на съветския сателит „Спутник“ стимулира решимостта на САЩ да изпреварят СССР в полета до Луната и двете страни не изоставаха една от друга по отношение на арсеналите си от ядрени бойни глави, днес политиците на свръхсилите смятат, че придобиването на значително суперкомпютърно превъзходство от страна на противника е недопустимо. „Това, което виждаме, е разделянето на интернет в зависимост от геополитическите ветрове“, казва Шахин Хан, партньор в консултантската фирма OrionX.net. „Също така смятам, че преминаваме от геополитика към „технополитика“ и че значението на технологиите при определянето на баланса на силите по света става все по-ясно изразено.
Надпреварата за изчислителна мощ, включително за квантови изчисления, се превърна в ключов елемент от технологичната конкуренция между САЩ и Китай. Въпреки това конкуренцията далеч не е само американско-китайска. Изчислителната мощ е стратегически приоритет за европейските правителства, както и за Европейския съюз. Това важи особено за квантовите изчисления. Държавите по света признават, че квантовата наука се е превърнала от академична област на изследвания в бързо развиващ се технологичен сектор. Вследствие на това те разработват стратегии в тази област, така че настоящата динамика наподобява космическа надпревара.
Автор: Албена Томанова
Източници
