Υπερυπολογιστές: Η νέα γενιά με τις απίθανες δυνατότητες

Μέσα σε ένα τεράστιο κέντρο δεδομένων στα περίχωρα του Σικάγο, τίθεται σταδιακά σε λειτουργία ένα μηχάνημα που «φιλοδοξεί» να γίνει ο ισχυρότερος υπερυπολογιστής στον κόσμο. Με την ονομασία Aurora, οι δυνατότητες του υπερυπολογιστή υψηλής απόδοσης θα συνδυαστούν με τις τελευταίες εξελίξεις στην τεχνητή νοημοσύνη.

Μαζί θα χρησιμοποιούνται από επιστήμονες που ερευνούν τον καρκίνο, την πυρηνική σύντηξη, τα εμβόλια, την κλιματική αλλαγή, την κρυπτογράφηση, την κοσμολογία και άλλες πολύπλοκες επιστήμες και τεχνολογίες.

Στην Ελλάδα ο 1 από τους 5 νέους ευρωπαϊκούς υπερυπολογιστές

Η Aurora

Η Aurora στεγάζεται στο Εθνικό Εργαστήριο Argonne του αμερικανικού Υπουργείου Ενέργειας και συγκαταλέγεται σε μια νέα γενιά μηχανών που είναι γνωστές ως υπερυπολογιστές exascale. Τι σημαίνει αυτό; Ότι, σε ένα μόνο δευτερόλεπτο, ένας υπολογιστής exascale μπορεί να εκτελέσει ένα πεντάκις εκατομμύριο πράξεις – δηλαδή ένα δισεκατομμύριο δισεκατομμύρια ή αλλιώς το… ένα ακολουθούμενο από 18zeros.

Η Aurora καταλαμβάνει έκταση ότι το μέγεθος δύο γηπέδων τένις, ζυγίζει 600 τόνους και αναμένεται να είναι ο πρώτος υπερυπολογιστής στον κόσμο που θα μπορεί να εκτελεί δύο πεντάκις εκατομμύρια πράξεις το δευτερόλεπτο σε μέγιστη απόδοση, δήλωσαν οι επιστήμονες του Argonne στην Wall Street Journal.

Η Aurora, που κατασκευάστηκε από την Intel και τη Hewlett Packard Enterprise, ενεργοποιείται σιγά-σιγά, ουσιαστικά κομμάτι-κομμάτι. Σε αντίθεση με τους συνηθισμένους υπολογιστές, αυτά τα μηχανήματα υψηλής ισχύος χρειάζονται μήνες για να τεθούν σε λειτουργία, καθώς οι τεχνικοί αναζητούν συνεχώς ελαττώματα, όπως οι μηχανικοί που δοκιμάζουν ένα αυτοκίνητο της Φόρμουλα 1 πριν από έναν αγώνα. Σύμφωνα με το Argonne, η Aurora αναμένεται να τεθεί σε πλήρη λειτουργία το 2024.

Συνωστισμός υπερυπολογιστών

Τη Δευτέρα, το Top500, μια κατάταξη υπερυπολογιστών, δήλωσε ότι οι δοκιμές έδειξαν ότι η Aurora, που λειτουργεί μόνο εν μέρει, είναι ήδη ο δεύτερος ισχυρότερος υπερυπολογιστής στον κόσμο. Ο Frontier του Εθνικού Εργαστηρίου Oak Ridge, ο οποίος τέθηκε σε λειτουργία πέρυσι και ήταν ο πρώτος λειτουργικός υπολογιστής exascale, διατήρησε τον τίτλο του ως ο νούμερο 1 υπολογιστής στον κόσμο. Ο Aurora πιθανότατα «θα ξεπεράσει τον Frontier… όταν ολοκληρωθεί», αναφέρει το Top500.

Ωστόσο, Aurora και Frontier δεν θα είναι οι μόνες τέτοιου είδους μηχανές. Το Εθνικό Εργαστήριο Lawrence Livermore στην Καλιφόρνια κατασκευάζει έναν υπερυπολογιστή exascale αξίας 600 εκατομμυρίων δολαρίων που ονομάζεται El Capitan, από τον βραχώδη σχηματισμό στο Εθνικό Πάρκο Yosemite. Αναμένεται να αναπτυχθεί το επόμενο έτος και θα μπορούσε τελικά να ξεπεράσει την υπολογιστική ισχύ της Aurora, δήλωσε εκπρόσωπος του εργαστηρίου.

Η Tesla δαπανά πάνω από 1 δισεκατομμύριο δολάρια για την κατασκευή ενός υπερυπολογιστή exascale με την ονομασία Dojo, όπως δήλωσε ο διευθύνων σύμβουλός της, Ίλον Μασκ. Η Κίνα ενδέχεται να διαθέτει μηχανές exascale, αλλά δεν τις παρέχει σε ξένους για δοκιμές. Οι επιστήμονες πληροφορικής στο Ηνωμένο Βασίλειο και αλλού προσπαθούν να κατασκευάσουν τους δικούς τους υπολογιστές exascale.

Αυτά που κρύβει η Aurora

Πίσω από την υπολογιστική δύναμη της Aurora βρίσκονται περισσότερες από 60.000 μονάδες επεξεργασίας γραφικών, ή αλλιώς GPUs, τεχνολογία που αναπτύχθηκε για προηγμένα συστήματα βιντεοπαιχνιδιών και έχει γίνει τελικά η ατμομηχανή των υπερυπολογιστών. Συγκριτικά, ο Frontier διαθέτει σχεδόν 40.000 GPUs.

Η πρόσθετη χωρητικότητα συμβάλλει στην παροχή στην Aurora περίπου 70% περισσότερης μνήμης σε σύγκριση με τον Frontier, δήλωσε ο Olivier Franza, επικεφαλής αρχιτέκτονας της Intel για το έργο. Η επιπλέον μνήμη θα επιτρέψει στον υπολογιστή να «αντιμετωπίσει προβλήματα που καμία άλλη μηχανή δεν μπορεί να προσεγγίσει», είπε. Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν πρόσφατα την Aurora για να ελέγξουν 22 δισεκατομμύρια μόρια φαρμάκων την ώρα, επιταχύνοντας την πιθανή ανακάλυψη φαρμάκων.

Οι δυνατότητες

Η επιπλέον μνήμη θα δώσει επίσης στην Aurora τη δυνατότητα να χειριστεί το μεγαλύτερο LLM (μεγάλο γλωσσικό μοντέλο) -ένα προγνωστικό σύστημα τεχνητής νοημοσύνης παρόμοιο με το ChatGPT- που έχει αναπτυχθεί ποτέ, δήλωσε ο Franza στη Wall Street Journal. Μια άλλη πιθανή εργασία είναι η χαρτογράφηση των συνδέσεων στον εγκέφαλο, μια εργασία τόσο περίπλοκη που θα μπορούσε να πάρει στην Aurora μια ολόκληρη ημέρα για να επεξεργαστεί ένα μικροσκοπικό κομμάτι του εγκεφάλου.

Ο υπερυπολογιστής θα είναι σε θέση να αυξήσει κατακόρυφα την αξιοπιστία των προβλέψεων για την κλιματική αλλαγή, μια διαβόητα δύσκολη υπολογιστική πρόκληση. Με την εκτέλεση χιλιάδων κλιματικών σεναρίων με τη χρήση δισεκατομμυρίων παραμέτρων, οι προγνώστες θα έχουν μεγαλύτερη ακρίβεια στις προβλέψεις τους για τις επιπτώσεις σε όλο και μικρότερα τμήματα του πλανήτη, όπως ένα εργοστάσιο παραγωγής ενέργειας ή μια στρατιωτική εγκατάσταση, δήλωσε ο Rao Kotamarthi, ανώτερος περιβαλλοντικός επιστήμονας στο Argonne. Οι ακριβέστερες εκτιμήσεις θα επιτρέψουν στους σχεδιαστές να προετοιμαστούν καλύτερα για τις πιθανές επιπτώσεις των πλημμυρών, των πυρκαγιών ή των καταιγίδων σε μια εγκατάσταση ή μια γειτονιά.

Προσθέτοντας στο μενού των δυνατοτήτων της Aurora, οι επιστήμονες του Argonne αναπτύσσουν αυτοματοποιημένα εργαστήρια που θα επιτρέπουν στον υπολογιστή να διεξάγει πειράματα πραγματικού κόσμου με τη χρήση ρομπότ. Θα μπορεί να αναλύει τα αποτελέσματα και να τροποποιεί τα πειράματα, επιταχύνοντας την ερευνητική διαδικασία.

Τελικά, τα προγράμματα τεχνητής νοημοσύνης που λειτουργούν στην Aurora χρησιμοποιώντας τα αυτοματοποιημένα εργαστήρια θα μπορούν να ενεργούν όπως οι άνθρωποι επιστήμονες, μόνο που θα είναι πολύ ταχύτερα και θα περιορίζονται λιγότερο από τις ανθρώπινες ιδιορρυθμίες, δήλωσε ο Rick Stevens, αναπληρωτής διευθυντής του εργαστηρίου για την πληροφορική, το περιβάλλον και τις επιστήμες της ζωής στο Argonne.

Η πρώτη αποστολή

Ένα από τα πρώτα καθήκοντα του υπολογιστή θα είναι να βοηθήσει στο σχεδιασμό και την παραγωγή μπαταριών που θα συγκρατούν περισσότερη ενέργεια και θα φορτίζουν ταχύτερα, δήλωσε ο Venkat Srinivasan, επιστήμονας μπαταριών στο Argonne. Οι μπαταρίες λειτουργούν με χημικές αντιδράσεις. Αντί να δοκιμάζουν νέες χημικές ουσίες μπαταριών στα εργαστήρια, οι επιστήμονες μπορούν να χρησιμοποιήσουν την Aurora για να μοντελοποιήσουν δισεκατομμύρια συνδυασμούς σε υψηλή ταχύτητα, παρέχοντας στους επιστήμονες νέες γνώσεις για δυνητικά επαναστατικές τεχνολογίες.

Μια μεγάλη πρόκληση με τις μπαταρίες είναι η κατασκευή τους, επειδή μικρές ατέλειες μπορούν να οδηγήσουν σε δυνητικά επικίνδυνα ελαττώματα, δήλωσε ο Srinivasan. Πριν από μερικά χρόνια, η General Motors ανακάλεσε χιλιάδες αμιγώς ηλεκτρικά Chevy Bolt, λόγω κινδύνων από φωσφορούχο υλικό στην μπαταρία του αυτοκινήτου, υπενθυμίζει η Wall Street Journal.

Η Aurora θα είναι σε θέση να αξιοποιήσει το τεράστιο μηχάνημα ακτίνων Χ του Argonne, το Advanced Photon Source ή APS, για να εξετάσει τα υλικά σε ατομικό επίπεδο και να τροφοδοτήσει τα δεδομένα στην Aurora, δήλωσε ο Stevens του Argonne.

Η αναβαθμισμένη APS «αυξάνει τη φωτεινότητα των ακτίνων Χ, που σημαίνει ότι τα πειράματα μπορούν να γίνουν πολύ πιο γρήγορα», είπε. «Στην πραγματικότητα, μπορούν να είναι τόσο γρήγορα που οι άνθρωποι δεν μπορούν πλέον να τα ελέγξουν», καταλήγει ο αναπληρωτής διευθυντής του εργαστηρίου για την πληροφορική.

Δηλαδή το μηχάνημα θα μπορούσε να παράγει πάρα πολλά δεδομένα πολύ γρήγορα για να τα επεξεργαστούν οι άνθρωποι. Ένας υπερυπολογιστής με τεχνητή νοημοσύνη, όπως η Aurora, ωστόσο, μπορεί.