Նոր դեղամիջոցների հայտնագործում, եղանակի կանխատեսում ու էկզոտիկ նյութեր. հինգ հզորագույն գերհամակարգիչները

Աշխարհի հզորագույն գերհամակարգիչը` Frontier-ը։ Լուսանկարը` OLCF

Գերհամակարգիչները կենսական կարևոր դեր են կատարում գիտության մեջ` սկսած կլիմայական փոփոխությունները կանխատեսելուց մինչև նոր դեղամիջոցների հայտնագործում։ Դրանց աշխատանքի սկզբունքը նույնն է, ինչ սովորական համակարգիչներինը, սակայն արտադրողականության մակարդակը զգալիորեն ավելի բարձր է։ Ի տարբերություն սովորական սեղանի համակարգիչների կամ նոութբուքերի՝ գերհամակարգիչներն ահռելի քանակությամբ տվյալներ են մշակում ու անում են դա անհավանական արագությամբ։ Դրանք աշխարհի ամենահզոր համակարգիչներն են, որոնց ստեղծումն արժեցել է հարյուր միլիոնավոր դոլարներ,իսկ աշխատանքի համար անհրաժեշտ են հսկայական ենթակառուցվածքներ` առանձին շինություն, էներգամատակարարման համակարգ, որը կարող է սնուցել փոքր քաղաք, ինչպես նաև՝ սառեցման հզոր համակարգեր։

Գերհամակարգիչները բաղկացած են շատ ավելի մեծ քանակությամբ  բաղկացուցիչներից, քան սովորական համակարգիչները։ Ձեր նոութբուքը կարող է ունենալ մեկ կենտրոնական ու մեկ գրաֆիկական պրոցեսոր, սակայն մեկ գերհամակարգիչը կարող է բաղկացած լինել հազարավոր կենտրոնական ու գրաֆիկական պրոցեսորներից, որոնցից յուրաքանչյուրը զգալիորեն ավելի հզոր է, քան նրանք, որոնք կգտնեք խանութում։

Ցանկացած համակարգչի արտադրողականության չափման միավորը վայրկյանում լողացող ստորակետով օպերացիաների (անգլերեն` FLoating-point OPerations per Second, կամ FLOPS) քանակն է, որում լողացող ստորակետով մեկ օպերացիան իրենից ներկայացնում է որևիցե մաթեմատիկական հաշվարկ։ Սովորական տան համակարգչի արտադրողականությունը կազմում է մոտ մի քանի հարյուր մլրդ FLOPS (կամ մի քանի հարյուր gigaFLOPS): Իսկ աշխարհի ամենահզոր գերհամակարգչի արտադրողականությունը գերազանցում է 1 exaFLOPS-ը, ինչը հավասար է 1 քվինտիլիոն (1000000000000000000) FLOPS-ի։ Դա երկու հարյուր հազար անգամ ավելի շատ է, քան սովորական համակարգչի արտադրողականությունը։

Հաշվի առնելով այն, որ գերհամակարգիչները աշխատում են տվյալների ահռելի ծավալների հետ ու հաշվարկներն իրականացնում են աներևակայելի արագությամբ, գիտնականները հաճախ են դրանք օգտագործում դեղամիջոցներ հայտնաբերելու կամ նոր նյութեր գտնելու համար։ Գերհամակարգիչը մոդելավորում է, օրինակ, դեղամիջոցը մոլեկուլների մակարդակով ու հաշվարկում, թե ինչ ազդեցություն այն կթողնի օրգանիզմի թիրախային բաղադրիչների վրա։ Գերհամակարգիչները կարող են նաև կանխատեսումներ անել, օրինակ` կանխատեսել եղանակը, ու անգամ`սովորել շախմատ խաղալ, ինչպես 1997-ին IBM Deep Blue  դասական գերհամակարգիչը։

Աշխարհում անընդհատ կառուցվում են ավելի ու ավելի հզոր գերհամակարգիչներ։ Գոյություն ունի հզորագույն գերհամակարգիչների Թոփ-500։ Ներկայացնում ենք առաջին հնգյակը։ 

1. FRONTIER 

Գտնվում է ԱՄՆ Թենեսի նահանգի Օուք-Ռիջ ազգային լաբորատորիայում։ Արտադրողականությունը` 1194 petaFLOPS (1.2 exaFLOPS): Բաղկացած է AMD EPYC 64-միջուկանի պրոցեսորներից ու AMD Instinct MI250X գրաֆիկական պրոցեսորներից։ Առաջին միացումը` 2022-ի օգոստոսին։

600 մլն դոլար արժեքով այս գերհամակարգիչն այս պահին ամենահզորն է աշխարհում։ Այն կառուցվել է գերհամակարգիչների արտադրությամբ զբաղվող HPE Cray ընկերության կողմից ու աշխարհում առաջին գերհամակարգիչն է, որի արտադրողականությունը գերազանցում է 1 exaFLOPS-ը։

Ի սկզբանե գիտնականները պլանավորում էին օգտագործել Frontier-ը քաղցկեղի ուսումնասիրության, դեղերի ստեղծման, միջուկային սինթեզի մոդելավորման, էկզոտիկ նյութեր, գերէֆեկտիվ շարժիչներ նախագծելու ու աստղերի պայթյունները մոդելավորելու համար։ Առաջիկա տարիներին Frontier-ը օգտագործվելու է նոր տրանսպորտային ու բժշկական տեխնոլոգիաների մշակման, ինչպես նաև ժամանակի ընթացքում Ծիր կաթին գալակտիկայի փոփոխությունների մոդելավորման համար։ 

2. AURORA

Գտնվում է ԱՄՆ Իլինոյս նահանգի Արգոնյան ազգային լաբորատորիայում։ Արտադրողականությունը` 585 petaFLOPS (0.59 exaFLOPS): Բաղկացած է Max դասի Intel Xeon պրոցեսորներից ու Intel Data Center Max Series գրաֆիկական պրոցեսորներից։ Առաջին միացումը` 2023-ի հունիսին։

Ամենաերիտասարդ գերհամակարգիչներից մեկը մի օր կարող է դառնալ նաև ամենահզորը, քանի որ Aurora-ն ընդլայնելու ու խոշորացնելու պլաններ կան։ Արգոնյան ազգային լաբորատորիայում կարծում են, որ Aurora-ի արտադրողականությունը կարելի է հասցնել 2 exaFLOPS-ի, ինչը գրեթե կրկնակի կգերազանցի Frontier-ի արտադրողականությունը։

Intel-ի ու HPE-ի համագործակցության արդյունքում կառուցված գերհամակարգիչը միավորում է գիտական գործիքներն ու վերլուծությունը, իրականացնում է մոդելավորում ու սիմուլյացիա, ինչպես նաև օգտագործում է արհեստական բանականություն։ Aurora-ի հզորությունը թույլ է տալիս ստեղծել մոդելներ տարբեր ոլորտներից, այդ թվում` կլիմայի փոփոխությունների կանխատեսում, նյութագիտություն, էներգիայի պահպանում ու միջուկային սինթեզ։ Aurora ընկերությունը զբաղվում է ջերմամիջուկային սինթեզի տեխնոլոգիաների մշակմամբ, ու գերհամակարգիչը մի օր կարող է օգնել լիարժեք ջերմամիջուկային ռեակտորի ստեղծման հարցում։ 

3. EAGLE 

Գտնվում է Microsoft Azure ամպային պահոցում։ Արտադրողականությունը` 561 petaFLOPS (0.56 exaFLOPS): Բաղկացած է Intel Xeon Platinum 8480C 48C պրոցեսորներից ու Nvidia H100 գրաֆիկական պրոցեսորներից։ Առաջին միացումը` 2023-ի օգոստոսին։

Microsoft-ի Eagle գերհամակարգիչը գտնվում է ոչ թե լաբորատորիայում, այլ ամպում, ու յուրաքանչյուր ոք, որոշակի գումար վճարելով, կարող է այն օգտագործել Microsoft Azure ամպային պլատֆորմի միջոցով։ Սա համակարգերի բաշխված ցանց է, որը ունի բավարար միասնական հզորություն` արտադրողականությամբ աշխարհում երրորդ գերհամակարգիչը դառնալու համար։ 

4. FUGAKU 

Գտնվում է ճապոնական Կոբե քաղաքի Ռիկեն հաշվողական գիտությունների կենտրոնում։ Արտադրողականությունը` 442 petaFLOPS (0.44 exaFLOPS): Բաղկացած է A64FX պրոցեսորներից։ Առաջին միացումը` 2020-ի հունիսին։

2020-ի հունիսից մինչև 2022-ի հունիսը Fugaku-ն աշխարհի ամենահզոր գերհամակարգչն էր։ Մի քանի տարի շարունակ գիտնականները օգտագործում էին գերհամակարգիչը մի շարք կարևոր հետազոտական խնդիրների լուծման համար։ COVID-19 համավարակի ընթացքում հետազոտողներն օգտագործում էին Fugaku-ի հնարավորությունները` հաստատելու համար, որ ոչ գործված նյութերից պատրաստված դիմակները ավելի արդյունավետ են օդով տարածվող կաթիլներն արգելափակելու համար։ Այս պահին Fugaku-ն սովորեցնում է ChatGPT-ի ճապոնական տարբերակներին։ 

5. LUMI

Գտնվում է Ֆինլանդիայի Կայաանի քաղաքի CSC տվյալների մշակման կենտրոնում։ Արտադրողականությունը` 380 petaFLOPS (0.38 exaFLOPS): Բաղկացած է երրորդ սերնդի AMD EPYC 64-միջուկանի պրոցեսորներից ու AMD Instinct MI250X գրաֆիկական պրոցեսորներից։ Առաջին միացումը` 2021-ի հունիսին։

LUMI-ն Եվրոպայի ամենահզոր գերհամակարգչն է։ Այն 100%-ով սնուցվում է վերականգնվող էներգիայի աղբյուրներից, իսկ գերհամակարգչի արձակած ջերմությունն օգտագործվում է մոտակա շինությունների ջեռուցման համար։ Հետազոտողներն ամբողջ Եվրոպայից կարող են օգտագործել LUMI-ն համատեղ ուսումնասիրությունների համար, բացի այդ, այն օպտիմիզացված է արհեստական բանականության հիմքի վրա աշխատելու համար։ Բացի այդ, LUMI-ն օգտագործվում է նույն Ֆինլանդիայում գտնվող QAL 9000 ու Helmi քվանտային համակարգիչների հետ համատեղ, ինչը հետազոտողներին հնարավորություն է տալիս միաժամանակ օգտվել երկու տեխնոլոգիաների առավելություններից։ 

***

Ազգային գերհամակարգչային կենտրոն մայիսի վերջին բացվեց նաև Հայաստանում` Ինժեներական քաղաքում։ Այստեղ տեղադրված է 24 500 պրոցեսորային միջուկներից բաղկացած «Ազնավուր» գերհամակարգիչը, որը կարող է օգտագործվել արհեստական բանականության, թվային գիտության, մեքենայական ուսուցման, քվանտային ֆիզիկայի, աստղաֆիզիկայի և այլ ոլորտներում: 

Արման Գասպարյան