Высокопроизводительные вычисления, системы искусственного интеллекта (ИИ), а также стремительный рост объема данных становятся серьезным вызовом для традиционной IT-инфраструктуры компаний и корпораций. Технологические визионеры видят будущее в квантовых компьютерах, но пока коммерческие приложения для этой технологии все еще далеки от реальности. Возросшие нагрузки по силам суперкомпьютерам - большому числу высокопроизводительных серверных компьютеров, соединенных друг с другом локальной высокоскоростной магистралью для достижения максимальной производительности в рамках подхода распараллеливания вычислительной задачи.
Цифровая трансформация сопряжена с новыми информационно емкими рабочими нагрузками и аналитикой в режиме реального времени в беспрецедентных масштабах. Главной ценностью суперкомпьютеров является их постоянно улучшающаяся способность симулировать реальность. Они могут моделировать производственные условия и разрабатывать более совершенные продукты в областях от нефтегазовой промышленности до фармацевтики.
По прогнозам HPE, объем мирового рынка оборудования и программного обеспечения для высокопроизводительных вычислений вырастет с $28 млрд в 2018 г. до $35 млрд в 2021 г. Вычислительное оборудование с эксафлопсной производительностью сформирует рынок объемом $4 млрд в течение пяти лет.
Суперкомпьютеры используются во множестве сфер деятельности. Их используют для расчета формул новых химических соединений, строительных конструкций, аэродинамических свойств самолетов и автомобилей, проектирования новых моделей одежды и так далее. Высокопроизводительные вычисления также важны для оборонного сектора. В частности, сложные симуляции фактически устранили необходимость реальных испытаний оружия, в том числе ядерного.
"Суперкомпьютеры могут быть использованы в исследованиях и инжиниринге. Например, итальянская нефтегазовая компания Eni использовала свой суперкомпьютер HPC4 для моделирования разработки нефтяного месторождения за 15-летний период всего за 28 минут, чтобы оптимизировать процесс бурения и спрогнозировать добычу. Высокопроизводительные вычисления также могут быть использованы в других системах, отличных от суперкомпьютеров, для улучшения практик в таких областях, как финансовые услуги, где быстрая и точная обработка данных имеет решающее значение при высокочастотном трейдинге и для предотвращения мошенничества", - рассказал изданию "Вести.Экономика" Билл Мэннел (Bill Mannel), вице-президент по бизнес-операциям и руководитель коммерческого отдела в подразделении высокопроизводительных вычислений и ИИ HPE.
Первое место в списке самых мощных суперкомпьютеров уже несколько лет занимает американский суперкомпьютер компании IBM Summit, созданный в Ок-Риджской национальной лаборатории. Его максимальный показатель в LINPACK на сегодня — 148,6 петафлопса.
Однако многие компании стремятся создать еще более мощные системы. Так, в мае этого года в Министерстве энергетики США заявили, что самый мощный в мире суперкомпьютер будет построен в США к 2021 г. Устройство, получившее название Frontier, будет собрано производителем чипов AMD и производителем суперкомпьютеров Cray для национальной лаборатории Oak Ridge в Теннесси.
Вычислительная мощность компьютера составит свыше 1,5 экзафлопса, а задействовать его планируют в решении широкого спектра задач, таких как продвинутые вычисления в ядерных и климатических исследованиях, изучение искусственного интеллекта и физики, а также моделирования погоды и субатомных структур.
Система Frontier будет работать с производительностью, которую сегодня вместе развивают 160 мощнейших суперкомпьютеров в мире. Frontier займет площадь в 2225 кв. м, примерно равную двум баскетбольным полям. Все это будет опутано интерфейсными кабелями, общая длина которых позволила бы соединить Филадельфию и Нью-Йорк (144,8 км). За одну секунду Frontier посчитает столько операций, сколько 7,7 млн человек за 6 лет, если бы они считали одну операцию в секунду.
В этом году производителя суперкомпьютеров Cray купила Hewlett Packard Enterprise (HPE) за $1,3 млрд. Холдинг планирует стать лидером в сфере высокопроизводительных вычислений и технологий искусственного интеллекта. HPE также рассчитывает расширить свою клиентскую базу за счет ученых и госструктур: последние составляют около 80% клиентов Cray.
Присоединение Cray, Inc. позволяет усовершенствовать решения HPE в области высокопроизводительных вычислений и ИИ, которые теперь будут объединены в сквозную суперкомпьютерную архитектуру для вычислителей, интерконнекта, программного обеспечения, систем хранения и услуг, развертываемых локально, гибридно или "как услуга".
Билл Мэннел рассказал, что суперкомпьютер предоставляется по сервисной модели: "Например, Cray в Azure – это суперкомпьютер как услуга. Система под названием Bluewaters в Национальном центре суперкомпьютерных приложений (NCSA) также является примером суперкомпьютера, к которому сторонние организации получают доступ для некоторых своих исследований".
HPE предлагает решения разного уровня: от одиночных небольших систем до суперкомпьютеров эксафлопсного класса с программным обеспечением, интерконнектом и хранением данных подогнанными под размер системы. В них входят решения для моделирования и симуляции для прогнозирования погоды, промышленного и энергетического секторов, а также решения для ИИ и аналитики больших данных для точной медицины, беспилотных транспортных средств, геопространственных изображений и сферы финансовых услуг.
"Объединение HPE и Cray кардинальным образом изменит суперкомпьютерную отрасль благодаря решениям и услугам, позволяющим заказчикам добиваться успеха в Эксамасштабную эру и помогающим им совершать значительные прорывы и достижения в бизнесе и на благо общества, – прокомментировал Питер Унгаро (Peter Ungaro), старший вице-президент и генеральный менеджер подразделения высокопроизводительных вычислений и ИИ в HPE. – Заказчики все чаще обращаются к HPE как к надежному мировому партнеру, который может помочь им использовать всю мощь данных для решения самых насущных проблем. Теперь, благодаря объединению решений HPE и Cray, мы можем предложить заказчикам больше возможностей выбора и контроля над тем, как они применяют высокопроизводительные вычисления для решения задач любого размера и масштаба, в любой среде, от локальной инфраструктуры до облака".
Гонка за создание самых быстрых компьютеров имеет важное значение для научных исследований. Кроме того, это происходит на фоне торговых споров между Вашингтоном и Пекином и их конкуренции в разработке искусственного интеллекта, 5G-сетей и других технологий, важных для национальной безопасности.
Китай и США по-прежнему доминируют, когда дело доходит до самых быстрых суперкомпьютеров в мире, странам принадлежит 43,8% и 23,2% топовых систем в мире соответственно согласно последней версии Top500. В предыдущем рейтинге, опубликованном семь месяцев назад, доли составили 45,4% и 21,8% соответственно. Япония занимает третье место в мире по вычислительным системам с долей 5,8%.
Китай стремится к тому, чтобы его новейшие суперкомпьютеры Shuguang работали примерно на 50% быстрее, чем нынешняя лучшая машина США - Summit. Экзафлопсный суперкомпьютер Shuguang, как ожидается, будет введен в эксплуатацию в национальных суперкомпьютерных центрах в Шанхае и Шэньчжэне (провинция Гуандун на юге Китая).
Экзафлопсный суперкомпьютер способен выполнять квинтильон (1018) операций в секунду. В Китае разработкой прототипов такого суперкомпьютера кроме компании Sugon занимаются еще две организации. Национальный исследовательский центр параллельной вычислительной техники и технологий (NRCPC) работает над машиной Sunway, а Национальный университет оборонных технологий (NUDT) создает компьютер Tianhe-3.
В опубликованном в июне этого года рейтинге 500 наиболее мощных суперкомпьютеров Россия была представлена только двумя машинами — "Ломоносов-2" из МГУ и СуперЭВМ главного вычислительного центра Росгидромета. Тогда они расположились на 93-м и 364-м месте соответственно. В новом рейтинге оба компьютера значительно утратили позиции: "Ломоносов-2" опустился на 107-е место, а компьютер Росгидромета — на 465-е.
Недавно новый суперкомпьютер Christofari, разработанный компанией SberCloud (облачная платформа Сбербанка) совместно с американской технологической компанией NVIDIA, попал в топ-500 мирового рейтинга самых мощных компьютеров. В обновленном рейтинге он занял 29-е место.
Суперкомпьютер назвали Christofari в честь первого клиента Сберкассы Николая Кристофари. Его разработкой занималась компания SberCloud совместно с NVIDIA. Использовать систему будут для ускорения разработки сервисов и процессов, которые основаны на искусственном интеллекте. Сейчас возможности суперкомпьютера задействованы для распознавания и синтеза речи при анализе обращений клиентов в колл-центр банка, а также для автоматизированного робота-оператора.
"Использование ресурсов суперкомпьютера повысит эффективность решения задач в широком спектре областей, например обработке естественного языка, компьютерном зрении, автоматизированном принятии решений, оценке и управлении рисками, выявлении мошенничества, предиктивной аналитике, создании голосовых помощников и чат-ботов и др.", — сообщил исполнительный вице-президент и руководитель блока "Технологии" Сбербанка Давид Рафаловский.
Высочайшая производительность суперкомпьютеров компенсируется сложностью их использования. Важно понимать также, что не всякую работу можно поручить суперкомпьютеру: если задача слишком мала, то больше займет времени распределение работы, синхронизация процессов, сборка результатов и т. п., чем непосредственно полезная деятельность.
Использовать суперкомпьютеры сложнее, чем традиционные ПК: нужны дополнительные знания и технологии, высококвалифицированные специалисты, более сложная информационная инфраструктура. Написать эффективную параллельную программу намного сложнее, чем последовательную, да и вообще создание программного обеспечения для параллельных компьютеров - это центральная проблема суперкомпьютерных вычислений.
Программирование суперкомпьютеров затрагивает ряд различных дисциплин в зависимости от типа выполняемых рабочих нагрузок, поэтому универсального подхода к обучению не существует, отметил Билл Мэннел. Потенциальным разработчикам нужно быть знакомыми с FORTRAN, C++, Python и другими языками, а также уметь распараллеливать свой код, используя специальные инструменты процессора (Intel, Nvidia и т. д.).
Но без суперкомпьютеров сегодня не обойтись. В передовых странах о разработке суперкомпьютерной киберинфраструктуры заботится государство. На создание новых суперкомпьютеров выделяют деньги на федеральном, региональном и даже городском уровнях. По такой схеме были построены самые производительные суперкомпьютеры США и Китая. Благодаря облачной модели, предлагаемой рядом компаний, одновременно большое количество клиентов смогут использовать вычислительные мощности суперкомпьютера. Расчеты, предполагающие обработку больших объемов данных, станут доступны как для крупнейших корпораций, так и для небольших стартапов, которым не придется создавать собственную IT-инфраструктуру.
