- Суперкомпютрите са движеща сила за всичко - от прогнозиране на климата до персонализирана медицина, като центрове като BSC и MareNostrum 5 са водещи в това отношение.
- Изкуственият интелект и суперкомпютрите се допълват взаимно, докато платформи като AMD ROCm 7 повишават производителността на изкуствения интелект.
- Европа и страни като Мексико се борят за стратегическата си позиция в областта на чиповете, високопроизводителната изчислителна технология (HPC) и обучението на специализирани таланти.
- Възходът на екстремните изчисления повдига енергийни, етични и енергийни предизвикателства, свързани с контрола на данните и изчислителните ресурси.
Суперкомпютрите са се превърнали в великия, безшумен двигател, който задвижва всичко - от изкуствения интелект и прогнозите за времето до персонализираната медицина и проектирането на нови материали. Зад всеки авангарден научен пробив обикновено стои масивен изчислителен център, „мозък“, съставен от милиони процесори, работещи паралелно, за да се справят с проблеми, чието решаване на конвенционален компютър би отнело векове.
През последните години интервюта и новинарски репортажи за суперкомпютри, изкуствен интелект и квантови изчисления предложиха поглед към екосистема, където се преплитат авангардни технологии, научни таланти, индустриална политика и етични дебати на високо ниво. От Суперкомпютърния център в Барселона (BSC) и неговия MareNostrum 5 до нови проекти в Мексико и работа по проверка на квантови процесори, пейзажът е едновременно завладяващ и сложен.
Какво точно е суперкомпютърен център?
Суперкомпютърният център е преди всичко научна лаборатория, чиито основни инструменти не са микроскопи или ускорители на частици, а изключително високопроизводителни суперкомпютри. Както обяснява Матео Валеро, основател и директор на Суперкомпютърния център в Барселона, тези съоръжения използват машини, способни да извършват огромен брой операции в секунда, за да симулират явления, които могат да бъдат описани само с помощта на висша математика и физика.
Ключът се крие в концепцията за „дигитален близнак“ : виртуално копие на нещо, което искаме да разберем или проектираме за първи път. Със суперкомпютър е възможно да се моделира сгъване на протеини, което природата никога не е създавала, да се предскаже атмосферното поведение с огромни детайли или да се оцени как ще се държи нов материал при екстремни условия, без да се произвежда нито една физическа проба.
Сред най-често цитираните от Валеро примери са прогнозиране на времето с висока резолюция , сценарии за изменение на климата, търсене на нови материали за зелена енергия и персонализирана медицина, базирана на масивен анализ на геномни данни. Всичко това разчита на способността за извършване на симулации чрез проба-грешка със скорост, която в сравнение с мобилен телефон изглежда почти невероятна.
Тези машини служат и като ускорители за инженерството и индустрията . В BSC например е разработен софтуер за Repsol, който показва къде да се сондира в агресивна среда като Мексиканския залив. Всяка сондажна операция струва около сто милиона долара и благодарение на симулацията процентът на успех се е увеличил от един на десет опита на един на седем, което е довело до икономии на разходи и намаляване на риска.
MareNostrum 5 и ролята на суперкомпютърния център в Барселона
Разположен в Барселона, MareNostrum 5 е един от най-бързите суперкомпютри в света и флагман на BSC. Той се състои от милиони мощни процесори, комуникиращи чрез мрежи с ултра ниска латентност, и може да се похвали с голям капацитет на свързана памет, което му позволява да изпълнява изключително сложни модели с впечатляващо ниво на детайлност.
Валеро често използва поразителни сравнения: един съвременен суперкомпютър може да бъде от порядъка на милион пъти по-бърз от мобилен телефон . В случая с MareNostrum 5, различните му дялове се сумират до стотици петафлопи: говорим за капацитета за извършване на стотици хиляди трилиони операции с плаваща запетая в секунда. За да ви дадем представа, тези ресурси позволяват симулация на цялата Земя – море, въздух, континенти и полюси – с пространствена резолюция от приблизително един километър.
MareNostrum 5 всъщност е колекция от няколко специализирани суперкомпютъра . Когато беше официално открит през декември 2023 г., един от неговите дялове се класира на 8-мо място в световната класация Top500, а друг - на 19-то. Един от тези дялове беше оптимизиран за обучение и изпълнение на мащабни модели с изкуствен интелект, което го прави една от най-добрите платформи в света за този тип натоварване.
Но гордостта на Валеро не се ограничава само до машината. Както той подчертава, истинското съкровище на BSC са неговите хора . Центърът е нараснал от 20 души в началото си до около 1.400, от които приблизително 1.200 са изследователи. Той обединява професионалисти от 32 различни академични дисциплини и повече от 60 държави, което прави BSC своеобразна Организация на обединените нации по компютърни науки. Това разнообразие улеснява справянето със сложни проблеми от много различни гледни точки.
Що се отнася до достъпа, MareNostrum е публичен ресурс, отворен за научната общност . Суперкомпютърът е собственост на испанското правителство, правителството на Каталуния и Политехническия университет на Каталуния. Испански и европейски изследователи могат да поискат изчислително време за своите проекти, при условие че преминат процес на оценка. Самите служители на BSC използват приблизително 20% от капацитета; останалите 80% се споделят между други научни групи.
Суперкомпютри и изкуствен интелект: симбиотична връзка
Експлозията на съвременния изкуствен интелект е неразривно свързана със суперкомпютрите . Валеро го обобщава живо: именно огромните масиви от данни и изключителната изчислителна мощност извадиха ИИ от неговата „полярна зима“. Без машини, способни да обработват милиарди параметри и гигантски масиви от данни – или без да знаят как да превърнат компютъра си в лаборатория за ИИ – постижения като големи езикови модели или системи за разпознаване на изображения не биха били възможни.
Отличен пример е сгъването на протеини , изчислително сложен проблем, който в продължение на десетилетия се смяташе за почти непреодолим дори със суперкомпютри. Комбинацията от алгоритми на изкуствен интелект и големи изчислителни инфраструктури направи възможно решаването му толкова ефективно, че в крайна сметка беше признато с Нобелова награда за химия, променяйки завинаги начина, по който се проектират лекарствата и се разбира молекулярната биология.
Днес връзката е частично обърната: изкуственият интелект също помага за подобряване на науката със суперкомпютрите . В BSC се прилагат техники за машинно обучение за оптимизиране на симулации, намаляване на времето за изчисление и извличане на модели от набори от данни, които биха били невъзможни за човешка проверка. По думите на Валеро вече не е ясно дали той ръководи център за суперкомпютри или център за изкуствен интелект, защото двете области са станали напълно преплетени.
Валеро обаче не се колебае да смекчи ентусиазма около генеративния изкуствен интелект. Той посочва, че модели като ChatGPT са ограничени до предсказване на следващата дума въз основа на статистически модели, извлечени от големи количества текст. Те са изключително сложни системи, но им липсват съзнание и здрав разум, две човешки способности, които той смята за много трудни за възпроизвеждане в машина. Поради тази причина той вижда сценарий на машинен бунт като HAL 9000 като малко вероятен.
Самото потребление на ресурси от авангарден изкуствен интелект илюстрира степента, в която суперкомпютрите и енергията са свързани . Валеро цитира случая с OpenAI, който предложи изграждането на център за данни с около един милион графични процесора NVIDIA. Само компонентът за ускорение на MareNostrum 5 разполага с около 4.500 графични процесора; следователно мащабът на това, което се прогнозира за обучение на бъдещи модели, е огромен, като енергийните нужди се изчисляват на около 10 гигавата, което е приблизително еквивалентно на производството на десет атомни електроцентрали.
AMD ROCm 7 и надпреварата за производителност на изкуствения интелект
Наред с големите суперкомпютърни центрове, производителите на хардуерни и софтуерни платформи водят своя собствена битка. AMD наскоро представи ROCm 7, седмата основна версия на своята екосистема Radeon Open Compute , отворена платформа, насочена към високопроизводителни изчислителни (HPC) системи и работни натоварвания с изкуствен интелект върху графичните процесори и ускорителните карти на компанията.
ROCm 7 обещава до 3,5 пъти по-висока производителност при задачи с изкуствен интелект в сравнение с предишните поколения, което е от решаващо значение за конкурирането с NVIDIA на пазар, където обучението на все по-големи модели се е превърнало в норма. Това подобрение на производителността означава не само по-бързо обучение, но и по-голяма енергийна ефективност на операция, критичен аспект при работа с инсталации, които консумират огромни количества електроенергия.
Отворената философия на ROCm е особено актуална в публични суперкомпютърни среди като BSC или други национални центрове, където оперативната съвместимост и липсата на технологични бариери са високо ценени. Наличието на отворен софтуерен стек улеснява адаптирането на научен код, оптимизирането на специфични ядра и комбинирането на разнообразен хардуер, без да се разчита изцяло на собствени решения.
В европейски контекст, където е желан по-голям технологичен суверенитет , постижения като ROCm 7 отговарят на необходимостта от диверсификация на доставчиците на графични процесори (GPU) и насърчаване на софтуерни екосистеми, които позволяват на HPC центровете да адаптират своите инфраструктури към реалните нужди на своите изследователски проекти.
Европа, чиповете и рискът да бъдеш просто VAR
Една от маниите на Матео Валеро е позицията на Европа в надпреварата за изкуствен интелект и суперкомпютри . Той използва поразителна футболна метафора: страхува се, че континентът ще се превърне в VAR, системата за видео асистент на съдиите, за мач, в който няма играчи на терена. С други думи, че Европа ще установи правила и разпоредби, но без свои собствени технологични шампиони, които да се конкурират директно със Съединените щати или Азия.
Проблемът е ясно очевиден в областта на високопроизводителните чипове . Ако разгледаме водещите европейски суперкомпютри, на практика никой от тях не използва процесори или графични процесори, проектирани и произведени в Европа. Европа разчита не само на производството, но дори и на дизайна на чипове, което застрашава дългосрочни проекти като автономни превозни средства или критична инфраструктура с изкуствен интелект, ако доставките бъдат прекъснати.
Валеро от години настоява за необходимостта от голям европейски проект за полупроводници , подобен на това, което беше Airbus в авиацията, Galileo в сателитната навигация или CERN във физиката на елементарните частици. Това би изисквало координирани усилия, със значителни публични инвестиции и ангажимент за закупуване на първите чипове, дори ако производителността им е по-ниска от тази на американските или азиатските производители. В противен случай той смята, че Европа ще остане „зависима от чиповете“.
Политическата фрагментация също не помага. Според него Европа остава съвкупност от държави, които са твърде затворени в себе си , с често противоречиви национални интереси. Тази липса на споделена визия затруднява стартирането на инициативи от необходимия мащаб, както в хардуера, така и в софтуера. Въпреки това той признава, че има важни проекти в ход и че се предприемат колебливи стъпки, например от самата BSC, която насърчава усилията за проектиране на процесори в Испания.
Икономическите последици са ясни: добавената стойност на един грам силиций под формата на чип може да достигне 50 000 евро, което прави всеки квадратен сантиметър пластина изключително ценен. Който контролира тази верига за създаване на стойност, не само ще доминира на технологичните пазари, но и ще упражнява огромно геополитическо влияние.
Мексико, Коатликуе и залогът за национален суперкомпютър
Извън Европа, други страни също предприемат стъпки, за да избегнат изоставане. В Мексико е в ход изграждането на Coatlicue, суперкомпютър, предназначен за справяне с мащабни обществени проблеми и обучение на местни таланти в областта на изкуствения интелект и съвременните изчисления. В интервю ръководителят на проекта – идентифициран като JLPH – обяснява, че целта не е била „да се разполага с най-голямата машина в Латинска Америка“, а по-скоро да се придобие необходимата изчислителна мощност за справяне с настоящите предизвикателства пред страната.
С приблизително 314 петафлопа изчислителна мощност , Коатликуе би се наредил сред двадесетте най-мощни суперкомпютъра в света, според първоначалните оценки на екипа. Тази мощност е оправдана от необходимостта от анализ на огромни обеми данни, свързани с национални предизвикателства в области като здравеопазване, образование, сигурност и социално развитие.
Един от типичните проблеми, пред които е изправено Мексико, е липсата на специализирани таланти в областта на изкуствения интелект и напредналите технологии . Смята се, че близо 77% от компаниите в технологичния сектор срещат трудности при намирането на достатъчно обучени специалисти. В този контекст, Общественият център за обучение по изкуствен интелект и самият Коатликуе се разглеждат като семена за генериране на ново поколение експерти, обучени в страната.
От гледна точка на устойчивостта и жизнения цикъл, планът за Coatlicue включва подмяна на графичните процесори приблизително на всеки пет години . Екипът на проекта иска да установи ясна пътна карта за бъдещите администрации, въпреки че продължаващите инвестиции ще зависят от политическите решения. Те също така подчертават, че истинската стойност на машината не се крие в закупуването на хардуер, а в проблемите, които тя ще реши, и в трансфера на знания към академичните среди, научните изследвания и иновациите.
JLPH също така заема позиция по отношение на квантовите изчисления , силно рекламирана област, в която според него все още няма достатъчна зрялост за масово индустриално приложение. Признавайки огромния им потенциал – особено в криптографията и някои специфични проблеми – той вярва, че за справяне с настоящите обществени предизвикателства в Мексико, приоритет остава консолидирането на стабилна класическа суперкомпютърна инфраструктура и развитието на човешки капитал около нея.
Квантови изчисления: метрики, верификация и най-съвременни технологии
Докато класическите суперкомпютри постигат производителност от стотици петафлопи, квантовите изчисления се развиват паралелно с различна изчислителна философия , базирана на кюбити и суперпозиция вместо на двоични битове. Въпреки че много експерти все още смятат, че тази технология е в един вид „полярна зима“, се постига забележителен напредък, особено в начина за оценка и сертифициране на поведението на устройствата и в инициативи, свързани с квантовия интернет.
Скорошен пример е работата на Дейвид Агире, докторант по квантови изчисления в Баския център за приложна математика (BCAM) , който беше удостоен с наградата TalentQ за най-добра магистърска теза. Неговото изследване се фокусира върху проектирането на нова метрика за проверка на квантови процесори, способна да поддържа постоянна изчислителна цена за оценка, независимо от размера на устройството.
Този подход е ключов, защото проверката на квантов процесор става експоненциално трудна с увеличаването на броя на кюбитовете. Класическите техники за характеризиране в крайна сметка стават непрактични за големи устройства, така че наличието на показатели, чиято сложност не нараства с мащаба на системата, отваря вратата за по-често и задълбочено тестване.
Работата на Агире е в съответствие с обща загриженост в общността: не е достатъчно само да се изгради квантов хардуер; трябва да се гарантира, че той функционира както се очаква . В страни като Испания квантовите изчисления се разглеждат като стратегическа област на изследване, а не като технология, готова да замени суперкомпютрите в общи приложения. Най-вероятно, с развитието си, те ще се превърнат в специализирано допълнение за определени проблеми, докато класическите суперкомпютри ще останат работната сила за повечето задачи.
Валеро споделя това мнение. Той посочва, че се изследват нови материали и субстрати за класически транзистори , както и нови форми на небинарни изчисления, като например квантовите изчисления. Той смята за правдоподобно, точно както се случи с изкуствения интелект, да дойде време, когато квантовата технология „експлодира“ и ще премине от лабораторията към по-широко приложение. Но дори и тогава тя ще остане ограничена до определени видове проблеми, където предлага истинско предимство.
Национални мрежи, регионални възли и развитие на таланти
Опитът на BSC показва, че наличието на голям централен суперкомпютър не е достатъчно . Важно е да се изградят национални мрежи, които свързват различни регионални възли и позволяват споделянето на ресурси, знания и най-добри практики. В Испания Испанската мрежа от суперкомпютри беше създадена именно с тази цел през 2006 г., водена до голяма степен от Барселона.
В рамките на тази мрежа различни автономни общности разполагат свои собствени центрове , които са свързани чрез високоскоростни академични инфраструктури, като например мрежата CIRIS. Тези възли доближават суперкомпютрите до университетите и местните изследователски групи, намаляват бариерите за навлизане и насърчават сътрудничеството между различните научни общности.
Валеро насърчава региони като Балеарските острови да се присъединят пълноценно към тази мрежа и да развият свои собствени силни изследователски групи . Неговият съвет е ясен: закупуването на компютър е лесно; използването му е трудно. Първата цел на всеки нов център трябва да бъде обучението на студенти и изследователи, защото колкото повече хора знаят как да използват машината ефективно, толкова по-голямо е въздействието на инвестицията.
Суперкомпютрите не са от полза само за инженерите или физиците. Както самият бакалавър по науки (BSC) посочва, разработват се нововъзникващи области като компютърните социални науки , където се използват симулационни техники и анализ на големи данни за изучаване на влиянието на социалните мрежи върху качеството на демокрацията, наред с други теми. Това означава, че студенти от дисциплини като социология, икономика или политически науки също могат да станат интензивни потребители на високопроизводителни изчисления (HPC).
Междувременно, центрове като COMPUTAEX в Естремадура посвещават значителна част от дейността си на разпространението и доближаването на суперкомпютрите до обществото , публикуването на интервюта, организирането на конференции и изграждането на мостове между академичните среди, правителството и бизнеса. Целта е обществеността да разбере по-добре ползите от инвестирането в този тип инфраструктура и възвръщаемостта, която тя генерира по отношение на иновациите и заетостта.
Консумация на енергия, вода и устойчивост на суперкомпютрите
С увеличаването на мощността на суперкомпютрите се увеличава и консумацията им на енергия , както и въздействието им върху природните ресурси . Един съвременен център за данни може да изисква стотици мегавати електроенергия и огромни количества вода за охлаждане. Това е голям проблем както за операторите на HPC центрове, така и за властите, които ги хостват.
Валеро посочва, че веригите се нагряват интензивно по време на обработка , което налага използването на усъвършенствани климатични и течноохладителни системи. В региони с недостиг на вода, като например части от Арагон, това поражда сериозни опасения относно широкото разполагане на големи центрове за данни. Не е случайно, че вече се проучват такива поразителни алтернативи като инсталирането на центрове за данни в космоса или под вода, където разсейването на топлината може да се управлява по-ефективно.
Суперкомпютрите обаче са и част от решението на енергийния проблем . Много от проектите, работещи на машини като MareNostrum 5, се фокусират върху подобряване на ефективността на възобновяемата енергия, оптимизиране на електрическите мрежи или принос към развитието на технологии за ядрен синтез като ITER. Ако синтезът стане търговски жизнеспособен, глобалното енергийно снабдяване може да се промени драстично.
Ето защо експертите се застъпват за балансиран подход: признаване, че суперкомпютрите и изкуственият интелект са енергоемки , но също така и разпознаването им като основни инструменти за намиране на по-чисти и по-устойчиви енергийни източници. Ключът ще бъде да се продължи подобряването на ефективността на чиповете, да се оптимизира софтуерът за намаляване на ненужните изчисления и да се локализират центрове за данни, където възобновяемата енергия и вода са в по-голямо изобилие.
Успоредно с това се работи по нови архитектури и материали за транзистори , като например галиев арсенид и други съединения, които биха могли да предложат по-добра производителност на ват от традиционния силиций. Въпреки че тези технологии все още са далеч от широко разпространение, те сочат бъдеще, в което растежът на изчислителната мощност не е задължително да бъде съпроводен от неконтролируемо увеличение на потреблението на енергия.
Данни, власт и рискове на технократичното общество
Отвъд техническите аспекти, суперкомпютрите и изкуственият интелект повдигат неудобни въпроси относно властта, поверителността и социалния контрол . Валеро е особено критичен към това как няколко големи технологични компании са успели да натрупат огромни обеми лични данни и изчислителна мощност, до степен да могат да влияят на решенията и мненията на милиони хора.
В едно от най-силните си разсъждения той твърди, че „пет глупави деца“ управляват света , визирайки шепа ръководители на големи технологични компании. Според него ние сме се оставили да бъдем съблазнени от удобството и забавлението, като до голяма степен сме се отказали от свободата си. Той критикува например онези, които са се съпротивлявали на споделянето на данните си, за да помогнат в борбата с COVID-19, но с готовност приемат безкрайни договори за дигитални услуги, които предават целия им живот на платформите.
Рискът се крие не само в това да ни съветват какво да купуваме, но и във възможността мисленето ни да бъде оформено от непрозрачни алгоритми, които решават какво съдържание виждаме и какво е скрито. В този смисъл контролът върху данните и изчислителната мощност се превръща в решаващ фактор за бъдещето на демокрацията и индивидуалните свободи.
Този дебат е много жив в Европа, където има стремеж за насърчаване на изкуствения интелект, съобразен с европейските етични ценности . Оттук и настояването на Валеро, че континентът не може да се ограничава до съдийство чрез VAR, а трябва да има и свои собствени играчи в технологичната сфера: компании, изследователски центрове и продукти, способни да се конкурират в световен мащаб, без да се прави компромис със стандартите за поверителност и основните права.
В образователната сфера всичко това подчертава важността на обучението не само на квалифицирани технолози, но и на критични граждани , които разбират механизмите на изкуствения интелект, суперкомпютрите и използването на данни. Технологията е мощен нож с две остриета: тя може да реши огромни проблеми, но също така може да концентрира безпрецедентна власт в ръцете на много малко хора.
Картината, нарисувана от всички тези интервюта и новинарски репортажи, е на бързо развиваща се екосистема, където суперкомпютрите, изкуственият интелект и квантовите изчисления напредват с главоломна скорост, докато правителствата, компаниите и изследователските центрове се стремят да се справят с темпото. От MareNostrum 5 и испанската мрежа за суперкомпютри до ROCm 7, Coatlicue и новите показатели за квантовите процесори, всичко подсказва, че екстремните изчисления ще бъдат една от определящите сили, оформящи науката, икономиката и политиката през следващите десетилетия, като Европа, Латинска Америка и други играчи ще се борят за позиция на все по-взискателното поле за игра.
