Що таке суперкомп’ютер та як його використовують?

Суперкомп’ютери виконують стільки операцій на секунду, що з їх описи використовуються числа, які у побуті ніхто не вимовляє. Навіщо ж потрібна така швидкість?

Розвиток технологій відбувається у певному сенсі непомітно. Лише понад 50 років тому людина ступила на поверхню Місяця. У цьому йому допомогла техніка, яка за сьогоднішніми мірками просто сміховинно слабка. Звичайний мобільний телефон сьогодні в мільйони разів потужніший, ніж вся техніка НАСА, використана для польоту корабля Аполлон-11 у 1969 році.

Обивателям невідомо, над якими завданнями працюють комп’ютерні інженери сьогодні. Та що там, часто ми не помічаємо, як той чи інший розумний прилад міцно входить у наше життя. Ось смартфони, планшети та смарт-браслети – такі звичні речі, про які ще 15 років тому проста людина не могла і мріяти.

Що ж вважається передовою обчислювальною технікою сьогодні? Однозначно суперкомп’ютери.

Суперкомп’ютер: що таке?

Як і домашній ПК, суперкомп’ютер виконує функції зберігання та обробки даних, тільки в інших масштабах. Він складається з кількох кластерів обчислювальних блоків, які виконують операції у мільйони разів швидше, ніж звичайний ноутбук чи настільний ПК.

Якщо раніше швидкість роботи комп’ютерів вимірювалася в IPS (інструкції за секунду), то суперкомп’ютерів довелося винаходити нову одиницю – FLOPS, тобто операції з плаваючою комою за секунду. Чим це число вище, тим комп’ютер потужніший.

На момент написання цієї статті найшвидшим суперкомп’ютером у світі є Frontier, розроблений компанією Hewlett Packard Enterprise зі штаб-квартирою в штаті Теннессі, США. Його будівництво обійшлося в колосальну суму – 600 мільйонів доларів, а кожен із його 74 блоків важить по 3,5 тонни.

Цікаво, що лідером потужності він став лише 2022 року, коли змістив з першого місця японський суперкомп’ютер Fugaku. Frontier – перший у світі екзафлопний суперкомп’ютер: він виконує один екзафлоп операцій з плаваючою комою в секунду (EFLOPS), що дорівнює одному квінтильйону.

Квінтильйон – мільярд мільярдів, одиниця із 18 нулями.

Для порівняння: швидкість найпотужнішого чіпа Apple M1 Ultra складає близько 21 терафлопс (один трильйон FLOPS). Число величезне, це факт. Але дивно, що ще в 2002 році був комп’ютер, який розвивав швидкість ще більше – суперкомп’ютер Earth Simulator японського технологічного гіганта NEC Corporation. Його швидкість була близько 36 терафлопс!

Навіщо потрібен суперкомп’ютер?

Звичайно, всі ці багатотонні блоки створюються не лише задля наукового інтересу. Вони приносять реальну користь у всіх галузях, де потрібна обробка великих обсягів даних. Ось найочевидніші приклади.

1. Прогнозування погодних умов

Це, можна сказати, найпростіше застосування суперкомп’ютера на практиці. Обробляючи більше метеорологічних даних з урахуванням минулих прогнозів, суперкомп’ютери дають більш точні та швидкі прогнози про зміну погоди у будь-якій точці світу.

Додатково суперкомп’ютери допомагають вченим виявити наслідки кліматичних змін та знайти способи уповільнити згубний вплив прогресу на планету. До речі, саме з цією метою зараз Microsoft будує суперкомп’ютер за мільярдні інвестиції від уряду Великобританії.

2. Запуск симуляций

Комп’ютерна симуляція – це економічний спосіб передбачити результат будь-якої діяльності, не витрачаючи час тривалі експерименти. Наприклад, симуляція авіапольоту допомагає виявити недоліки конструкції літака, підвищити аеродинаміку та ін. Так покращується безпека літаків та знаходяться способи економії при будівництві.

Інший приклад – імітація ядерних випробувань та військових маневрів. Без комп’ютерних симуляцій на подібні заходи довелося б витратити безліч держбюджету, витратити реальні боєприпаси, завдати непоправної шкоди навколишньому середовищу і можливо пожертвувати людськими життями.

3. Наукові дослідження

Потужні обчислювальні машини необхідні вченим для прискореної роботи з великими обсягами даних. У 2020 році під час пандемії COVID-19 суперкомп’ютер Summit компанії IBM виконав колосальну кількість розрахунків відразу в кількох суміжних галузях – епідеміології, біоінформатиці та молекулярному моделюванні. На звичайних ПК ця робота зайняла б десятиліття!

Суперкомп’ютери потрібні й у космонавтиці. Вони моделюють для NASA рух повітряних мас та води навколо Землі, ведуть пошук екзопланет, аналізують поведінку чорних дірок та проектують аерокосмічні транспортні засоби.

Суперкомп’ютер прямо у кишені

Закон Мура говорить, що потужність комп’ютерів зростає в геометричній прогресії. Кожні два роки швидкість обчислень подвоюється, інженерам та вченим вдається знайти вирішення тих завдань, які раніше вважалися нездійсненними.

Колись суперкомп’ютери стануть буденністю. Адже лише десять років тому такі поняття, як віртуальна реальність, хмарні ігри та метавсесвіт , існували лише в уяві небагатьох техноекспертів та гіків, а сьогодні це наша реальність. Майбутньому поколінню навіть не доведеться отримувати IT-освіту і влаштовуватися працювати в Google, щоб скористатися перевагами суперкомп’ютерів: тихо і непомітно вони стануть частиною повсякденного життя, так само, як смартфони, ноутбуки та інші речі.