Superarvutid, tehisintellekt ja digitaalsed kaksikud: täielik juhend hispaania keeles

Informatec Digital » Ressursid » Superarvutid, tehisintellekt ja digitaalsed kaksikud: täielik juhend hispaania keeles

Superarvutitest ja tehisintellektist on saanud tänapäeva tehnoloogia kuumim paar. Me ei räägi enam ainult teaduspunkrites peidetud hiiglaslikest andmekeskustest, vaid masinatest, mis on võimelised looma planeedi, inimsüdame või terve linna digitaalseid kaksikuid, ja isegi lauaarvutitest, mis mahuvad (enam-vähem) kontorilaua alla.

Samal ajal kogeme tehisintellekti arengus faasinihet: hiiglaslike mudelite treenimise buumist oleme liikunud kinnisidee juurde järelduste tegemisest – see tähendab nende mudelite täisvõimsusel kasutamisest igapäevastes ülesannetes. Riistvaratootjad, uurimiskeskused ja ülikoolid konkureerivad nüüd, et pakkuda kõike alates superarvutikeskustest nagu Barcelona superarvutikeskus (BSC) või Euroopa LUMI kuni kompaktsete serverite ja tehisintellektiga ühilduvate arvutiteni, mis toovad lauaarvutitesse omamoodi „mini-superarvuti“.

Mis on tegelikult superarvutid ja kuidas nende võimsust mõõdetakse?

Superarvutitest rääkides ei pea me silmas võimendatud arvutit, vaid pigem tuhandete arvutite klastreid, mis töötavad koordineeritult justkui üks masin. Igaüks neist arvutitest on sõlm oma protsessorite, graafikaprotsessorite, muutmälu ja salvestusruumiga, mis kõik on ühendatud ülikiirete ühendusvõrkudega, mis minimeerivad latentsust , mis on jõudluse suurim vaenlane.

Nende masinate võimsust väljendatakse FLOPSides (ujukomaoperatsioonide arv sekundis) . Kodustes tingimustes võib võimas arvuti töötada teraFLOPIDE (TFLOPSide) vahemikus. Superarvutites mängime hoopis teises liigas: tavaliselt räägitakse petaFLOPidest ( ^10¹⁵ operatsiooni sekundis) ja kõige arenenumates süsteemides eksaFLOPidest ( ^10¹⁸ ). Frontier Ameerika Ühendriikides murdis esimesena ametlikult eksaskaala barjääri.

Et teile aimu anda, suudab tänapäevane superarvuti ühe tunniga teha arvutusi, mille arvutamiseks koduarvutil kuluks aastaid . See uskumatu arvutusvõimsus võimaldab meil simuleerida kõike alates orkaanidest kuni valgudünaamikani või treenida tehisintellekti mudeleid triljonite parameetritega.

Kuidas superarvutid füüsiliselt välja näevad ja miks nad vajavad nii palju jahutust?

Visuaalselt ei näe superarvuti välja sugugi nagu tavaline lauaarvuti. Tavaliselt meenutab see ruumi, mis on täis metallkappe , millest igaüks sisaldab sadu või tuhandeid protsessoreid, graafikaprotsessoreid ja kõvakettaid. Võimsus on nii tohutu, et energiatarve võib ulatuda mitme megavatini ja märkimisväärne osa sellest energiast läheb soojusena kaotsi.

Seepärast vajavad need süsteemid spetsiaalseid ruume, kus on äärmuslik jahutus : tööstuslik kliimaseade, soojad ja külmad vahekäigud, otsene vedelikjahutus kiibile ja isegi loomingulised lahendused selle soojuse rakendamiseks. Näiteks Šveitsis taaskasutatakse superarvuti soojust ülikoolihoonete kütmiseks , muutes probleemi eeliseks.

Mõnel juhul kasutatakse ülimalt keerukaid turva- ja kaitsesüsteeme, näiteks spetsiaalsete tulekustutussüsteemidega klaaskestasid , mis kasutavad mikroniseeritud vett, mis suudab tulekahjusid kustutada elektroonikat kahjustamata. Nii on see ka algse MareNostrumi puhul Barcelonas, mis on paigaldatud Kataloonia Polütehnilise Ülikooli kabelisse: see on ilmselt üks maailma ebatavalisemates kohtades asuvatest superarvutitest.

Digitaalse kaksiku revolutsioon: Maalt inimese südamesse

Superarvutite ja tehisintellekti kombinatsioon on võtmekontseptsiooni aluseks: digitaalsed kaksikud . Need ei ole lihtsalt virtuaalsed mudelid, vaid dünaamilised koopiad, mis integreerivad reaalse maailma andmeid peaaegu reaalajas, et simuleerida, ennetada ja optimeerida füüsilises maailmas toimuvat.

Euroopas edendab Euroopa Komisjon programmi „ Sihtkoht Maa” (DestinE) , mille eesmärk on mõne aasta jooksul luua Maast ülitäpne digitaalne kaksik. Tänu superarvutitele nagu LUMI , mis on Euroopa Liidu võimsaim, on võimalik läbi viia väga kõrge eraldusvõimega pikaajalisi kliimasimulatsioone, mis hõlmavad atmosfääri, ookeane ja maismaad sellise detailsusega, mis kuni viimase ajani oli saavutatav ainult väga lühiajaliste ilmamudelitega.

HPE HPC/AI EMEA uurimislabori juhi Utz-Uwe Hausi sõnul võimaldab see võimekus paremini mõista ekstreemseid sündmusi katastroofide ohjamise eesmärgil, uurida kliimamuutuste stsenaariume ning hinnata liustike, merejää, taimestiku ja aerosoolide mõju globaalsele kliimale. Kuid see võimaldab ka midagi väga praktilist: ennustada tohutu täpsusega kohalikke mõjusid , näiteks keskmist sademete hulka, põuda või üleujutusi piirkonna või linna tasandil.

Sellel on otsesed tagajärjed põllumajandusplaneerimisele (millised põllukultuurid on antud piirkonnas elujõulised ja millise riskiga), taastuvenergiasse investeerimisele (päikesepaiste ja tuule tundide prognoosimine aastakümnete kaupa) ja taristu kavandamisele. See on selge näide sellest, kuidas superarvutid lakkavad olemast midagi abstraktset ja hakkavad mõjutama väga konkreetseid majandusotsuseid.

Digitaalsed kaksikud linnades, jõgedes ja sadamates

Digitaalsed kaksikud ei piirdu ainult globaalse kliimaga. Barcelona suurlinnapiirkonnal on oma 164 omavalitsusüksuse digitaalne kaksik, mis võimaldab simuleerida linna-, majandus-, liikuvus-, eluaseme- ja teadmiste stsenaariume järgmisteks aastakümneteks. Enne reaalses maailmas otsuste langetamist saab sellel virtuaalsel koopial poliitikat ja plaane testida.

Sadama- ja jõetranspordi sektoris arendab Sevilla sadam oma digitaliseerimiskava osana Guadaltwini, mis on Guadalquiviri veetee digitaalne kaksik. See süsteem integreerib tehisintellekti ja masinõppe, et parandada jõeliikluse, süvise haldamise, loodete, infrastruktuuri ja ohutuse ennustusi ja otsuseid .

Isegi näiliselt erinevates valdkondades nagu kõrgenergiafüüsika ja mood on digitaalsed kaksikud hakanud tööstusesse jõudma. CERN uurib, kuidas neid mudeleid kasutada oma osakestefüüsika katsetes, robootikas ja jahutussüsteemides, samas kui ettevõtted nagu H&M on loonud reklaamikampaaniate jaoks inimmudelite digitaalseid koopiaid , mis on sütitanud arutelusid pildiõiguste ja loomingulise töö tuleviku üle.

Inimkeha kui järgmine suur digitaalne kaksik

Üks ambitsioonikamaid väljakutseid peitub tervishoius. Meeskonnad nagu Steven Niedereri meeskond Londoni Imperial College'is töötavad individuaalsete südamete digitaalsete kaksikute kallal, millel on spetsiifiline kuju, suurus ja funktsioon. Need mudelid võimaldavad simuleerida operatsioone ja ravimeetodeid ilma patsienti ohustamata ning neid kasutatakse juba kliinilistes uuringutes ja sekkumiste planeerimisel.

Valencia Polütehnilise Ülikooli teadlased nagu Andreu Climent ja María de la Salud Guillem usuvad, et need digitaalsed südamekaksikud on võtmetähtsusega keeruliste arütmiate ravis, otsustamisel, kes on implanteeritavast defibrillaatorist kasu saanud, ja äkksurma riski ennetamisel. Ja pikaajaline eesmärk on veelgi ambitsioonikam: luua inimkeha täielik digitaalne kaksik , mis võimaldab testida ravimeetodeid, kohandada ravimiannuseid ja isikupärastada meditsiini maksimaalselt.

Tehisintellekt, superarvutid ja üleminek treenimiselt järeldusele

Aastaid on suurem osa tehisintellekti investeeringutest läinud üha suuremate mudelite treenimisse, eriti generatiivses tehisintellektis. Tänapäeval nihkub fookus selgelt järeldusele : nende mudelite kasutamine tootmises mastaabis, pidevalt ja madalamate operatsioonikuludega.

See nihe oli CES 2026-l selgelt ilmne. Tootjad nagu Lenovo avalikustasid spetsiaalselt järelduste tegemiseks loodud serverid, näiteks ThinkSystem SR675i, SR650i ja ThinkEdge SE455i , mis on valmis käitama tehisintellekti mudeleid andmeallika lähedal ehk nn servas.

Origin PC, mis on nüüd osa Corsairi ökosüsteemist, esitles S-Class Edge AI Developer Kit'i , kompaktset ja kasutusvalmis platvormi tehisintellekti arendamiseks võrgu servas. Idee seisneb selles, et väikesed arendus- või uurimisrühmad saavad tehisintellekti testida ja juurutada ilma, et nad peaksid alati pilve või massiivsete väliste andmekeskuste peale lootma.

Enamik CES-il osalenud arvutitootjaid järgis sama teed: Acer oma RA100 tehisintellektiga minijaama ja uuendatud Veritoni lauaarvutitega; LG GRAM kahe tehisintellekti võimalusega (lokaalne + pilv); Asus uute Vivobookide ja ProArt PX13 konverterarvutiga , mis on suunatud tehisintellektiga töötavatele loomeinimestele; Dell uuendab XPS- seeriat tehisintellektiga töökoormuste jaoks; ja HP ​​uuendab EliteBooki, EliteBoardi, Omnibooki ja OmniStudiot, mis kõik on varustatud tehisintellekti kiirenduse ja andmeedastusvõimsusega.

Superarvutid, mis taanduvad lauaarvutitele: „lauaarvuti superarvuti”

Üks eriti huvitav trend on kohalik superarvutite tootmine , kus masinad, mis küll ei küündi riikliku keskuse mastaabini, pakuvad lauaarvuti formaadis uskumatut võimsust. CES 2026-l esitles Gigabyte (oma tütarettevõtte Giga Computing kaudu) Gigabyte W775-V10 , tõelist „lauaarvuti superarvutit“.

See süsteem integreerib NVIDIA tehisintellekti paketi ja NVIDIA GB300 Grace Blackwell Ultra Desktop kiirendi , lisaks muudele tipptasemel komponentidele. Selle eesmärk on võimaldada tehisintellekti meeskondadel treenida ja järeldada keerulisi mudeleid ilma pilve või väliste andmekeskusteta, säilitades samal ajal täieliku kontrolli andmete ja käituskeskkonna üle.

Lisaks sellele on CES värskendanud komponentide ökosüsteemi: uued Intel Core Ultra protsessorid , uued AMD Ryzen protsessorid, Qualcommi Snapdragon X2 Plus kiip , Kioxia BG7 SSD-d, Gigabyte'i täiustatud DDR5 mälu ja MSI uuendatud emaplaadid, mis kõik on loodud toetama andmemahukaid ja tehisintellekti kasutavaid töökoormusi.

Välisseadmete sektoris esitlesid sellised kaubamärgid nagu Corsair oma uusimaid tipptasemel hiiri ja klaviatuure, samas kui Anker, eufy ja Soundcore keskendusid ühendatud seadmetele. Ilmus isegi mõned intrigeerivad vidinad, näiteks Plaud Notepin S , väike tehisintellektil põhinev märkmete tegemise seade.

Milleks tänapäeval superarvuteid kasutatakse: COVIDist õhukvaliteedini

Superarvuteid kasutatakse peaaegu alati edasijõudnute uuringute jaoks valdkondades, kus tavalisel arvutil kuluks arvutamiseks sõna otseses mõttes igavik. Nende klassikaliste kasutusalade hulka kuuluvad meteoroloogia ja kliima , maavärinate simulatsioon, uuringud astrofüüsikas, geofüüsikas, bioloogias, meditsiinis, ravimite väljatöötamises ja lennunduses.

COVID-19 pandeemia ajal kasutati viirusvalkude käitumise simuleerimiseks, molekulide kombinatsioonide testimiseks ja ravimite otsingu kiirendamiseks mitmeid superarvuteid. Massiivsed simulatsioonid võimaldasid teadlastel loobuda vähetõotavatest lähenemisviisidest ja keskenduda oma jõupingutustele ühenditele, millel on suurim edukuse tõenäosus.

Sellised keskused nagu Barcelona superarvutite keskus on toonud väga konkreetseid näiteid: andurite andmete ja vedeliku dünaamika mudelite abil treenisid nad närvivõrke jäätmepõletusahjude juhtimiseks ja kütusekulu parandamiseks heitkoguste vähendamise kaudu; või suurte linnade õhukvaliteedi ennustamiseks märkimisväärse täpsusega, tuginedes aastatepikkusele ajaloolisele teabele.

Teine silmatorkav näide on AlphaFold , DeepMindi süsteem valgu voltimise ennustamiseks selle aminohappejärjestuse põhjal. See Nobeli preemia tasemel probleem on saanud kasu tehisintellekti, suurandmete ja superarvutite plahvatuslikust kombinatsioonist . Mõju biomeditsiini ja ravimite väljatöötamisele on olnud tohutu, sedavõrd, et kümned tuhanded teadlased üle maailma kasutavad selle tulemusi juba iga päev.

Superarvutite levinumad kasutusalad

• Ilma- ja kliimaprognoosid keskmises ja pikas perspektiivis.
• Maavärinate, tsunamide ja loodusõnnetuste simulatsioon kahju vähendamiseks.
• Lennukite, sõidukite ja rakettide projekteerimine ja katsetamine aerodünaamiliste mudelite kasutamine.
• Ravimite avastamine ja disain ja molekulaarse interaktsiooni uuringud.
• Astrofüüsika ja kosmoloogia: galaktikate, tähtede ja mustade aukude teke.
• Õhukvaliteet ja atmosfääri koostis piirkondades ja linnades.
• Suurandmed ja sotsiaalne simulatsioon: kultuuriline evolutsioon, rahvastiku liikumine, targad linnad.
• Turvalisus ja kaitsetuumarelvade simulatsioonist radarite ja keerukate süsteemide digitaalsete kaksikuteni.

Kus asuvad suured superarvutid ja milline roll on Hispaanial?

Top500 nimekiri koostab ja reastab maailma 500 võimsaimat superarvutit kaks korda aastas alates 1993. aastast. Kuigi Hiina on selles nimekirjas süsteemide arvu poolest esikohal, säilitab Ameerika Ühendriigid juhtpositsiooni koguvõimsuse osas , eriti selliste masinate puhul nagu Frontier.

Praeguste hiiglaste hulka kuuluvad Jaapanis asuv Fugaku , mis oli aastaid teerajaja; Ameerika Ühendriikides asuv Summit ja Sierra ; ning Hiinas asuvad Sunway TaihuLight ja Tianhe-2A , mis samuti kunagi tipus olid. Itaalias asuvad sellised süsteemid nagu HPC5 ja Marconi-100 ning Šveitsis asub Piz Daint , mis on pikka aega olnud Euroopa liider.

Hispaanias on etaloniks Barcelona superarvutite keskuses asuv MareNostrum . Alates selle esimesest versioonist 2004. aastal, mille ligikaudu 42,4 teraFLOPI, on see skaleerunud praeguseks MareNostrum 4-ks, mille ligikaudu 13,7 petaFLOPI . Järgmine põlvkond, MareNostrum 5, kujutab endast mitme suurusjärgu hüpet energiatarbimises ja on osa Euroopa strateegiast eksaskaala infrastruktuuri arendamiseks.

Eriti oluline võrgustik on Hispaania superarvutite võrgustik (RES) , mis koondab eri autonoomsetes kogukondades asuvaid keskusi ja masinaid ning pakub teenuseid teadlastele kogu riigis. Sellele alusele tuginedes on loodud ka Ibero-Ameerika superarvutite võrgustik , mis ühendab ühisprojektide jaoks ressursse sellistest riikidest nagu Mehhiko ja teised Ladina-Ameerika partnerid.

Regionaalsel tasandil paistavad silma sellised rajatised nagu Málaga ülikooli Picasso superarvuti , millel on umbes 40 000 arvutustuuma ja 180 TB muutmälu. Picasso teenindab nii ülikooli enda teadlasi kui ka Andaluusia kasutajaid Andaluusia bioinformaatika platvormi kaudu, aga ka teadlasi üle kogu Hispaania RES-i (Hispaania bioinformaatika võrgustik) kaudu.

Need süsteemid töötavad peaaegu alati Linuxis või selle derivaatidel, kuna need on avatud lähtekoodiga, stabiilsed ja tarbivad ressursi vähem kui teised kommertslikud operatsioonisüsteemid. Sellele alusele on ehitatud spetsialiseeritud ja täiustatud teaduslike tööriistade, programmeerimiskeskkondade ja tehisintellekti teekide ökosüsteem.

Referentskeskused: Barcelona superarvutite keskus ja Euroopa võidujooks oma riistvara nimel

Barcelona superarvutite keskus (BSC) on üks Euroopa juhtivaid tegijaid superarvutite ja arvutiarhitektuuri uuringute valdkonnas. Mateo Valero juhtimisel aastakümneid on BSC kasvanud ühe superarvuti haldamisest keskuseks, kus töötab üle tuhande inimese enam kui 50 riigist ning mis on organiseeritud arvutiteaduse, bioteaduste, maateaduste ja sotsiaalsete rakenduste osakondadeks.

Üks BSC eripära on see, et see ei tegele ainult masinate opereerimisega, vaid arendab ka oma tarkvara, algoritme ja isegi protsessoreid . Aastaid on see olnud seotud Euroopa projektidega, näiteks EuroHPC , ja algatustega nagu Euroopa protsessorialgatus (EPI) ning avatud arhitektuuridel (nt RISC-V) põhinevate Euroopa kiipide väljatöötamisega , eesmärgiga vähendada Euroopa sõltuvust Ameerika ja Aasia tootjatest.

Koostöös teiste partneritega on BSC edendanud vektorprotsessorite prototüüpe , ARM- ja RISC-V-põhiseid platvorme ning tervet disainilahenduste perekonda nimedega nagu Turtle, Lizard ja Chameleon , mis on iga põlvkonnaga keerukamaks muutunud. Eesmärk on luua keskpikas perspektiivis kiibid, mis suudavad toita „MareNostrum 6” superarvuteid, kasutades Euroopas välja töötatud kriitilist arvutustehnoloogiat.

See pingutus on seatud ebamugavasse reaalsusesse: Euroopa kavandas varem osa ARM-arhitektuurist, kuid ARM-i müük Euroopa-välistele ettevõtetele ja suurte oma valukodade puudumine on jätnud mandri ebakindlasse olukorda . Kuigi mõned algatused, näiteks TSMC täiustatud tootmise tagamine Arizonas Ameerika Ühendriikides või kiibitehased, mida Saksamaa ja Prantsusmaa meelitavad ligi märkimisväärse avaliku sektori toetustega, toimuvad Hispaanias, seisab Hispaania silmitsi väljakutsega ühendada disain, tootmine ja tööstuslik ökosüsteem suhteliselt vähemate ressurssidega.

Selles kontekstis hõlmab Hispaania strateegia selliste keskuste nagu BSC konsolideerimist, selliste võrgustike nagu RES edendamist, avatud kiibi projektide toetamist ning arvutiarhitektuuri ja tehisintellekti alal nõutud spetsialistide koolitamist . Pole juhus, et nagu keskuse enda direktorid tunnistavad, saavad nendele valdkondadele spetsialiseerunud doktorandid erasektorist pakkumisi, mille palku on akadeemiliste ringkondadega raske võrrelda, mistõttu on talentide hoidmine keeruline.

Samal ajal tugevdavad teised Hispaania ülikoolid oma infrastruktuuri, nagu näitavad Picasso Instituut Malagas ja üle kogu riigi paiknevad taastuvenergiasõlmed. Paljudel juhtudel teenindavad need süsteemid osakestefüüsikat , kliimamuutuste uuringuid, inseneriteadust, bioinformaatikat ja nutika linna projekte, näidates, et superarvutid ei ole enam vaid väheste valitud laborite luksus.

Suuremat pilti vaadates on üsna selge, et superarvutid on muutunud labori kurioosumist kriitiliseks infrastruktuuriks kliima, tervise, julgeoleku, majanduse ja isegi linnade, sõidukite ja farmaatsiatoodete kujundamise jaoks. Samal ajal toovad tehisintellekti hüpe laborist tootmisse ja digitaalsete kaksikute esiletõus osa sellest võimsusest spetsialiseeritud serveritesse ja isegi inseneride ja teadlaste lauaarvutitesse, luues stsenaariumi, kus superarvutid ei kao kuhugi, vaid integreeruvad üha enam meie igapäevaellu, isegi kui me seda sageli ei märka.