Vom străpunge: supercalculatoarele rusești
Potrivit datelor deschise, cel mai puternic supercomputer din Rusia este Chervonenkis de la Yandex. Sursa: wikiwand.com
Tehnologii strategice
Statele care pretind suveranitatea tehnologică trebuie să fie capabile să construiască singure supercalculatoare. Sau pentru prima dată măcar cumpărați de la alții. Calculatoarele eficiente și extrem de scumpe sunt motoarele progresului în țară și în lume. Literalmente. Printre cele mai importante destinații ale „super” se numără o modelare tridimensională complexă a diferitelor procese. De exemplu, în industria aeronautică, sistemele informatice pot accelera semnificativ calculele aerodinamice ale fuselajului și ale altor sisteme critice.
Supercalculatoarele au intrat chiar și într-o serie de programe guvernamentale. De exemplu, în 2017, guvernul a emis o instrucțiune „Cu privire la dezvoltarea de echipamente militare de înaltă tehnologie și promițătoare numai folosind tehnologii moderne de proiectare pe computer, modelare matematică electronică”. Pachetul software Logos a fost scris direct pentru supercalculatoare. După cum scriu dezvoltatorii, unul dintre modulele software-ului Logos-TMP permite „calcularea fluxului de gaz vâscos compresibil și incompresibil, ținând cont de turbulența folosind toate abordările moderne”.
Al doilea modul - Logos-Strength „modelează procesele de deformare elastică-plastică statică și dinamică, dinamica gazelor, distrugerea, interacțiunea contactului, conductibilitatea termică, cinematica, analiza frecvențelor și a modurilor de vibrație”. Pachetul software, în special, a fost utilizat pe scară largă pentru calcule pe tema avionului de luptă Su-57 de generația a cincea.
Din surse deschise se știe că au lucrat la rezolvarea problemelor unei separări în siguranță aviaţie mijloace de distrugere din aeronavă, a analizat resursa de noi materiale structurale, a evaluat efectul gaz-dinamic al instalației de tun și a calculat răspândirea amestecului de stingere a incendiilor în compartimentul centralei. Simularea virtuală face posibilă simplificarea semnificativă a altor teste la scară completă, fără de care, desigur, nici o singură lucrare de proiectare nu poate face.
Un exemplu de furnizare de modele tridimensionale de înaltă precizie cu condiții inițiale și limită din modele funcționale. Sursa: A. V. Kornev „Aplicarea tehnologiilor interne de supercomputer pentru crearea de modele avansate de aeronave”
Pentru a înțelege ce matrice de date trebuie să calculeze un supercomputer, să dăm un exemplu pentru o mașină cu o capacitate de 1 Pflop / s.
Pentru referință, 1 petaflops înseamnă că un computer poate efectua un cvadrilion de operații în virgulă mobilă pe secundă. Aproximativ 50 de mii de computere personale obișnuite sunt capabile de acest lucru.
Supercomputerul petaflops este de încredere pentru a calcula caracteristicile aerodinamice ale aeronavelor în diferite moduri de zbor. De exemplu, modele de luptători la viteze înainte și după depășirea numărului Mach. Un supercomputer cu o performanță de 1 Pflop/s creează un model în fiecare mod timp de cel puțin 12 luni! În același timp, o creștere de zece ori a performanței unui supercomputer nu dă o accelerație corespunzătoare - durata calculului este redusă la 2-3 luni.
Utilizarea modelelor de înaltă precizie a proceselor de ardere și stingere a incendiilor la bordul unei aeronave necesită și mai mult resurse, cu unul sau două ordine de mărime. Din cele de mai sus, este clar cât de critic este pentru Rusia modernă să aibă supercalculatoare avansate. Mai ales ținând cont de descoperirea literalmente revoluționară pe care ar trebui să o facă industria aeronautică civilă în următorii șapte până la opt ani. Până în 2030, aproape toate nevoile de transport intern ar trebui să fie acoperite de aeronave interne, iar acestea sunt câteva sute de aeronave, dintre care unele nici măcar nu au luat-o pe cer.
Rezultatele calculului raspandirii amestecului de stingere a incendiilor in compartimentul centralei electrice. Sursa: A. V. Kornev „Aplicarea tehnologiilor interne de supercomputer pentru crearea de modele avansate de aeronave”
Nu este nevoie de un „super” mai puțin puternic în industria auto. Mai ales având în vedere programul de înlocuire a importurilor la scară largă, care nu a fost încă lansat. Calculatoarele de înaltă performanță, printre altele, sunt de încredere pentru a calcula aerodinamica și a simula testele de impact virtuale.
În farmacologie, metodele de modelare moleculară sunt utilizate pe scară largă, de exemplu, andocare - o descriere a interacțiunii proteinelor țintă și a moleculelor cu greutate moleculară mică ale viitoarelor medicamente care blochează activitatea acestor proteine. Supercomputerul trece prin mii de molecule gata făcute și le selectează pe cele mai promițătoare.
Mai mult, experimentatorii din laboratoare trebuie doar să verifice soluția superrainului în experimente la scară largă. Timp uriaș și zeci de milioane de ruble sunt salvate. Lucrări similare se desfășoară la Centrul de Calcul de Cercetare al Universității de Stat din Moscova la Lomonosov de 1,7 petaflop. Apropo, el a fost cândva unul dintre cele mai puternice cinci sute de supercalculatoare din lume.
„Chervonenkis” și alții
Ultima dată în topul celor mai puternice 500 de computere din lume a fost actualizat în noiembrie anul trecut și a fost marcat de apariția primului dispozitiv ektaflops. Aceasta este mașina Frontier de la Laboratorul Național Oak Ridge din Statele Unite. Puterea sa maximă exactă este de 1 Pflop/s sau 102 Eflop/s. Acesta este de o mie de ori mai puternic decât supercomputerul menționat mai sus pentru calcularea caracteristicilor aerodinamice ale unei aeronave.
Cel mai probabil, Frontier va construi modele similare pentru luptătorii Su în câteva zile. Puterea de vârf a produsului american poate ajunge la 1,685 Eflop/s. În același timp, consumă energie ca mai multe clădiri înalte într-o seară geroasă de iarnă - până la 21 kW. Până în noiembrie 100, supercomputerul japonez Fugaku cu o performanță de 2022 Pflop/s a fost pe primul loc, în timp ce consuma mult mai multă energie - aproape 442 de mii de kW.
Există două tendințe - o creștere a puterii supercalculatoarelor cu o scădere simultană a consumului de energie.
Unde sunt mașinile rusești în top 500? Pe locul 25 se află „super-ul” de la „Yandex” - „Chervonenkis” cu o performanță de 21,53 Pflop/s, folosit de companie în principal pentru nevoile rețelelor neuronale. Dispozitivul poartă numele lui Alexei Chervonenkis, unul dintre cei mai mari teoreticieni ai învățării automate.
Desigur, toată umplerea este importată - GPU-uri NVIDIA A100 asociate cu AMD EPYC 7702. La momentul apariției sale în 2021, supercomputerul se afla pe locul 19 în clasamentul mondial.
De asemenea, în clasamentul mondial sunt încă două aparate de la Yandex - Galushkin cu 16 petaflop (locul 44) și Lyapunov cu 12,8 petaflop (locul 47 în clasament). Primul poartă numele lui Alexander Galushkin, unul dintre principalii cercetători ai rețelelor neuronale, al doilea - în onoarea lui Alexei Lyapunov, autorul lucrărilor care stau la baza informaticii. Toate mașinile au apărut relativ recent și, prin urmare, nu au avut timp să devină învechite.
Sber are și supercomputere, precum Christofari și Christofari Neo, construite în 2019, respectiv 2021. Neo este pe locul 50 în clasamentul mondial, în timp ce fratele său mai mare este pe locul 87.
Cât de mult costă construcția unor astfel de unități poate fi judecat după costurile supercomputerului Lomonosov-2, pentru care au fost cheltuite aproape 2009 miliarde de ruble până în 2. Fugaku menționat mai sus a costat miliarde de dolari. Supercomputerele sunt jucării scumpe, dar foarte căutate.
În acest moment, liderii mondiali, atât ca putere, cât și ca număr de mașini, sunt China (circa 170 de mașini) și SUA (aproape 150), urmate de Japonia, Germania, Franța și Olanda. Până în noiembrie anul trecut, în top 500 se afla Lomonosov-2 menționat mai sus cu 1,3 Pflop/s, dar acum este în afara clubului de elită. Dar Thunder de la MTS cu o capacitate de 2,26 Pflop/s în noiembrie anul trecut a oprit căderea pe locul 352.
Evaluarea celor mai productive computere din lume se bazează pe un principiu voluntar - dacă solicitantul are dorința de a ieși în evidență, atunci parametrii supercomputerului sunt incluși în primele 500. O mare parte din computerele puternice trec pe lângă acestea, deoarece sunt folosite în interesul securității naționale.
În Rusia, desigur, cel mai faimos și mai puternic dintre acestea este „super-ul” Centrului de control al apărării naționale. Nu există prea multe informații deschise despre această mașină, dar se pretinde că performanța este de aproximativ 16 Pflop/s. Dacă acest lucru este adevărat, atunci computerul este printre cele mai puternice cincizeci din lume. Potențialul de calcul al mașinii de pe digul Frunzenskaya este de peste trei ori mai mare decât capacitățile unui supercomputer similar din Pentagon.
Unul dintre scopurile supercomputerului Ministerului rus al Apărării este modelarea și prognoza dezvoltării conflictelor militare. Se spune că algoritmii mașinii au raportat o criză guvernamentală în Venezuela cu câteva săptămâni înainte. Se poate doar ghici ce predicții face computerul de 16 petaflopi despre rezultatul operațiunii speciale din Ucraina. Și ce modele a generat înainte de 24 februarie 2022.
În ciuda tuturor imaginii aparent pozitive, în viitorul apropiat Rusia va avea anumite dificultăți cu crearea de noi supercomputere. După cum se poate vedea din material, dependența de componente străine se apropie de absolut - în Rusia nu există o bază de producție pentru procesoarele grafice, pe baza cărora sunt construite cele "super". De aceea, toamna trecută americanii au interzis importul de cipuri Nvidia în Rusia și, în același timp, în China. În primul rând, produsele din seriile A100 și H100, pe care se bazează întreaga industrie a supercomputerelor.
Dacă totul este lăsat așa cum este, atunci în cinci sau șase ani restanța Rusiei în puterea de calcul din țările occidentale poate deveni critică. Acest lucru, desigur, nu va provoca un colaps momentan și total, dar va încetini multe procese de proiectare și tehnologice. În țările inamice, dimpotrivă, procesele de dezvoltare și adoptare din serie se vor accelera.
Acceleratorul grafic NVIDIA A100 este baza majorității super-urilor comerciale rusești. A căzut de așteptat sub restricțiile occidentale. Sursa: i2hard.ru
Lucrările privind înlocuirea importurilor a umpluturii supercomputerelor sunt cu siguranță în desfășurare. Banii sunt alocați pentru dezvoltarea unei fotolitografii interne, componenta principală a lanțului de producție a microelectronicei. Acest lucru va permite teoretic producția de cipuri grafice până în 2030.
Desigur, nu de clasă mondială, ci chiar al lor. Faptul este că parametrul cheie al dezvoltării moderne a „super” este eficiența energetică. Amintiți-vă că cel mai puternic Frontier din lume consumă aproximativ 21 kW, iar cel mai puțin puternic Fugaku aproape 100 kW. Pentru Rusia, sincer, acest parametru nu este atât de critic. Mai mult, țara noastră este cea mai bună din lume pentru organizarea supercalculaturii.
În primul rând, avem energie electrică foarte ieftină și, în al doilea rând, o climă rece, care simplifică foarte mult răcirea supercalculatoarelor fierbinți. Prin urmare, de ceva timp, este posibil să creșteți puterea mașinilor existente și să construiți altele noi pe procesoare grafice depășite. Astfel de giganți vor ocupa pur și simplu spațiu și vor genera mai multă căldură.
Dacă exagerăm complet, atunci fiecărui centru de calcul va trebui alocată o mică centrală electrică. Ce să faci, suveranitatea tehnologică nu a fost niciodată ieftină.
informații