Supertietokoneet, tekoäly ja digitaaliset kaksoset: täydellinen opas espanjaksi

Informatec Digital » Resurssit » Supertietokoneet, tekoäly ja digitaaliset kaksoset: täydellinen opas espanjaksi

La supertietokoneet ja tekoäly Niistä on tullut nykyteknologian trendikäs yhdistelmä. Emme puhu enää vain tieteellisten bunkkereiden sisällä olevista suurista datakeskuksista, vaan koneista, jotka pystyvät luomaan planeetan, ihmissydämen digitaaliset kaksoset tai kokonaisen kaupungin, ja jopa pöytätietokoneiden supertietokoneiden, jotka mahtuvat (enemmän tai vähemmän) toimistopöydän alle.

Samaan aikaan koemme tekoälyn vaiheenmuutoksen: buumista jättimäisten mallien koulutus olemme siirtyneet pakkomielteeseen päättelyEli käyttämällä näitä malleja täydellä kapasiteetilla päivittäin. Laitevalmistajat, tutkimuskeskukset ja yliopistot kilpailevat nyt tarjotakseen kaikkea supertietokonekeskuksista, kuten Barcelonan supertietokonekeskus (BSC) tai eurooppalainen LUMI, kompakteihin palvelimiin ja tekoälyvalmiisiin tietokoneisiin, jotka tuovat eräänlaisen "mini-supertietokoneen" työpöydälle.

Mitä supertietokoneet oikeastaan ​​ovat ja miten niiden tehoa mitataan?

Kun puhumme supertietokoneista, emme tarkoita tehostettua PC:tä, vaan tuhansien tietokoneiden sarjat jotka toimivat koordinoidusti ikään kuin ne olisivat yksi kone. Jokainen näistä tietokoneista on solmu, jonka suorittimet, näytönohjaimet, RAM ja tallennustila on yhdistetty toisiinsa erittäin nopeilla yhteenliitäntöverkoilla, jotka minimoivat latenssi, suorituskyvyn suuri vihollinen.

Näiden koneiden teho ilmaistaan FLOPS (liukulukujen laskutoimituksia sekunnissa)Kotona tehokas tietokone voi toimia teraFLOPS- (TFLOPS) -luokassa. Supertietokoneissa pelaamme eri sarjassa: on normaalia puhua petaFLOPS (10¹⁵ operaatiota sekunnissa) ja kehittyneimmissä järjestelmissä exaFLOPS (10¹⁸). Yhdysvalloissa sijaitseva Frontier on ensimmäinen, joka on virallisesti rikkonut eksaskaalan esteen.

Jotta saisit käsityksen, nykyaikainen supertietokone voi tehdä tunnissa sen, minkä kotitietokone tekisi. vuotta laskettavaksiTämä raaka laskentateho antaa meille mahdollisuuden simuloida kaikkea hurrikaaneista proteiinidynamiikkaan tai kouluttaa tekoälymalleja miljardeilla parametreilla.

Miltä supertietokoneet fyysisesti näyttävät ja miksi ne tarvitsevat niin paljon jäähdytystä?

Visuaalisesti supertietokone ei näytä lainkaan tyypilliseltä pöytätietokoneelta. Se muistuttaa yleensä enemmän huone täynnä metallikaappejajokaisessa on satoja tai tuhansia prosessoreita, näytönohjaimia ja levyjä. Teho on niin suuri, että energiankulutus voi olla useita megawattiaJa suuri osa tästä kulutuksesta käytetään lämpönä.

Siksi näitä järjestelmiä tarvitaan erilliset huoneet, joissa on äärimmäisen jäähdytysTeollisuuden ilmastoinnin säätö, kuumat ja kylmät käytävät, suoraan sirulle menevä nestejäähdytys ja jopa luovia ratkaisuja tämän lämmön hyödyntämiseksi. Esimerkiksi Sveitsissä he käyttää uudelleen supertietokoneen lämpöä yliopistorakennusten lämmitysongelman kääntäminen eduksi.

Joissakin tapauksissa käytetään erittäin kehittyneitä turvallisuus- ja suojausjärjestelmiä, kuten lasiuurnat, joissa on erityiset palonsammutusjärjestelmät jotka käyttävät mikronisoitua vettä, joka kykenee sammuttamaan tulipaloja vahingoittamatta elektroniikkaa. Näin on alkuperäisen MareNostrumin tapauksessa Barcelonassa, ​​joka on asennettu Katalonian ammattikorkeakoulun kappeliin: luultavasti yksi supertietokoneet maailman epätavallisimmilla paikoilla.

Digitaalinen kaksonen vallankumous: Maasta ihmisen sydämeen

Supertietokoneiden ja tekoälyn yhdistelmä käynnistää keskeisen konseptin: digitaaliset kaksosetNe eivät ole yksinkertaisia ​​virtuaalimalleja, vaan dynaamisia kopioita, jotka integroivat reaaliaikaista dataa lähes reaaliajassa simuloidakseen, ennakoidakseen ja optimoidakseen fyysisessä maailmassa tapahtuvaa.

Euroopassa Euroopan komissio edistää ohjelmaa Määränpää Maa (DestinE)jonka tavoitteena on kehittää erittäin tarkka digitaalinen kaksoisolento Maasta muutaman vuoden kuluessa. Supertietokoneiden, kuten HUONEEuroopan unionin tehokkaimpana laitteistona on mahdollista suorittaa erittäin tarkkoja ja pitkän aikavälin ilmastosimulaatioita, joissa ilmakehä, valtameret ja maanpinta on otettu huomioon yksityiskohtaisesti tavalla, joka oli vielä äskettäin mahdollista vain erittäin lyhyen aikavälin säämalleilla.

HPE HPC/AI EMEA -tutkimuslaboratorion johtajan Utz-Uwe Hausin mukaan tämä ominaisuus mahdollistaa ymmärtää paremmin äärimmäisiä ilmiöitä katastrofien hallintaan, ilmastonmuutosskenaarioiden tutkimiseen tai jäätiköiden, merijään, kasvillisuuden ja aerosolien vaikutusten arviointiin maapallon ilmastoon. Mutta se mahdollistaa myös jotain hyvin käytännöllistä: ennustaa paikallisia vaikutuksia valtavalla tarkkuudella, kuten keskimääräinen sademäärä, kuivuus tai tulvat alueellisella tai kaupunkitasolla.

Tällä on suoria seurauksia mm. maataloussuunnittelu (mitkä viljelykasvit ovat kannattavia alueella ja millä riskeillä) investoinnit uusiutuviin energialähteisiin (auringonpaisteen ja tuulen tuntien ennustaminen vuosikymmenten päähän) tai infrastruktuurisuunnittelussa. Se on selkeä esimerkki siitä, miten supertietokoneet lakkaavat olemasta abstrakti asia ja alkavat vaikuttaa hyvin konkreettisiin taloudellisiin päätöksiin.

Digitaaliset kaksoset kaupungeissa, joissa ja satamissa

Digitaaliset kaksoset eivät rajoitu pelkästään globaaliin ilmastoon. Barcelonan metropolialue Sillä on 164 kunnan digitaalinen kaksonen, jonka avulla voidaan simuloida kaupunki-, talous-, liikkuvuus-, asumis- ja tietoskenaarioita tuleville vuosikymmenille. Politiikoita ja suunnitelmia voidaan testata tällä virtuaalikopiolla ennen päätöksentekoa tosielämässä.

Satama- ja jokisektorilla Sevillan satama Guadaltwin, Guadalquivir Eurovian digitaalinen kaksoisolento, kehitetään osana digitalisaatiosuunnitelmaa. Tämä järjestelmä yhdistää tekoälyn ja koneoppimisen Paranna ennusteita ja päätöksiä jokiliikenteestä, syväyksen hallinnasta, vuorovedestä, infrastruktuurista ja turvallisuudesta.

Digitaaliset kaksoset ovat alkaneet tehdä tuloaan markkinoille jopa näennäisesti erilaisilla aloilla, kuten korkeaenergisessä fysiikassa ja muodissa. CERN Hän tutkii, miten näitä malleja voidaan käyttää hiukkasfysiikan, robottien ja jäähdytysjärjestelmien kokeissaan, ja rinnakkain yritykset, kuten H&M, ovat luoneet ihmismallien digitaaliset kopiot mainoskampanjoihin, herättäen keskustelua kuvaoikeuksista ja luovan työn tulevaisuudesta.

Ihmiskeho seuraavana suurena digitaalisena kaksosena

Yksi kunnianhimoisimmista haasteista on terveydenhuolto. Joukkueet, kuten tämä Steven Niederer Imperial College Londonissa tutkijat työskentelevät yksittäisten sydämien digitaalisten kaksosten parissa, joilla on erityinen muoto, koko ja toiminta. Näiden mallien avulla he voivat simuloi leikkauksia ja hoitoja ilman riskiä potilaalle, ja niitä käytetään jo kliinisissä tutkimuksissa ja toimenpiteiden suunnittelussa.

Tutkijat, kuten Andreu Climent ja María de la Salud Guillem Valencian ammattikorkeakoulusta, uskovat, että nämä digitaaliset sydänkaksoset Ne ovat avainasemassa monimutkaisten rytmihäiriöiden hoidossa, päätettäessä, kuka hyötyy implantoitavasta defibrillaattorista, tai ennakoitaessa äkillisen kuoleman riskiä. Ja pitkän aikavälin tavoite on vieläkin kunnianhimoisempi: rakentaa ihmiskehon täydellinen digitaalinen kaksonen joka mahdollistaa hoitojen testaamisen, lääkeannosten säätämisen ja lääketieteen maksimaalisen personoinnin.

Tekoäly, supertietokoneet ja siirtyminen koulutuksesta päättelyyn

Vuosien ajan suurin osa tekoälyinvestoinneista on mennyt yhä suurempien mallien kouluttamiseen, erityisesti generatiivisessa tekoälyssä. Nykyään painopiste on selvästi siirtymässä... päättelykäyttää näitä malleja laajamittaisesti tuotannossa jatkuvasti ja alhaisemmilla kustannuksilla toimintoa kohden.

Että CES 2026 Tämä muutos on selvästi nähty. Valmistajat, kuten Lenovo, ovat ottaneet käyttöön palvelimia, jotka on erityisesti suunniteltu päättelyä varten, kuten ThinkSystem SR675i, SR650i ja ThinkEdge SE455i, valmiina ajamaan tekoälymalleja lähellä sitä, missä dataa syntyy, ns. reuna.

Corsairin ekosysteemiin nyt integroitu Origin PC on osoittanut... S-luokan Edgen tekoälykehittäjäpakettiKompakti ja käyttövalmis alusta tekoälyn kehittämiseen verkon reunalla. Ajatuksena on, että pienet kehitys- tai tutkimusryhmät voivat Testaa ja ota käyttöön tekoälyä ilman, että sinun tarvitsee aina luottaa pilveen tai valtavista ulkoisista datakeskuksista.

Useimmat CES-messuilla läsnä olleet PC-valmistajat ovat seuranneet samaa linjaa: Acer RA100-tekoälyminiasemallaan ja päivitetyillä Veriton-pöytätietokoneillaan; LG GRAM kahdella tekoälyominaisuudella (paikallinen + pilvi); Asus uuden Vivobookin ja hybridikannettavan akulla ProArt PX13 suunnattu tekoälyn kanssa työskenteleville luoville tekijöille; Dell päivittää valikoimaansa XPS tekoälytyökuormia varten; ja HP ​​päivittää EliteBookin, EliteBoardin, Omnibookin ja OmniStudion, kaikkiin Tekoälyn kiihtyvyys ja datateho.

Supertietokoneita pöytätietokoneina: ”pöytätietokoneen supertietokone”

Yksi erityisen mielenkiintoinen liike on ns. paikallinen supertietokonekoneilla, jotka eivät ole kansallisen keskuksen mittakaavassa, mutta tarjoavat uskomattoman kapasiteetin pöytäkonemuodossa. CES 2026 -messuilla Gigabyte (tytäryhtiönsä Giga Computingin kautta) esitteli Gigabyte W775-V10todellinen "pöytätietokoneen supertietokone".

Tämä tiimi yhdistää mm. NVIDIA AI -pino ja kaasupoljin NVIDIA GB300 Grace Blackwell Ultra -pöytätietokone...muiden huipputason komponenttien ohella. Sen tavoitteena on mahdollistaa tekoälyyn keskittyville työryhmille... kouluttaa ja päätellä monimutkaisia ​​malleja ilman pilvipalveluita eikä ulkoisista datakeskuksista, säilyttäen täyden hallinnan datasta ja suoritusympäristöstä.

Sen ohella CES on uudistanut komponenttien ekosysteemiä: uusia suorittimia intel core ultra, Uusi AMD Ryzen, siru Snapdragon X2 Plus Qualcommin BG7 SSD -levyt, Kioxian edistynyt DDR5-muisti ja päivitetyt MSI-emolevyt on kaikki suunniteltu tukemaan data- ja tekoälyintensiiviset työkuormat.

Oheislaitteiden osalta tuotemerkit, kuten Corsair, esittelivät uusimpia huippuluokan hiiriään ja näppäimistöjään, kun taas Anker, eufy ja Soundcore keskittyivät verkkoon kytkettyihin laitteisiin. Jopa joitakin erikoisia laitteita ilmestyi, kuten Plaud Notepin S, pieni laite muistiinpanojen tekemiseen tekoälyn avulla.

Mihin supertietokoneita käytetään nykyään: COVIDista ilmanlaatuun

Supertietokoneita käytetään lähes aina ns. edistynyt tutkimus aloilla, joilla tavallisen tietokoneen laskeminen veisi kirjaimellisesti ikuisuuden. Sen klassisiin käyttötarkoituksiin kuuluvat meteorologia ja ilmastoMaanjäristyssimulointi, tutkimus astrofysiikassa, geofysiikassa, biologiassa, lääketieteessä, lääkesuunnittelussa tai ilmailutekniikassa.

aikana Covid-19-pandemiaUseita supertietokoneita käytettiin virusproteiinien käyttäytymisen simulointiin, molekyyliyhdistelmien testaamiseen ja lääketutkimuksen nopeuttamiseen. Massiivinen simulaatio mahdollisti tutkijoiden hylkäämisen lupaamattomista lähestymistavoista ja keskittyä yhdisteisiin, joilla oli suurin onnistumistodennäköisyys.

Keskukset, kuten Barcelonan supertietokonekeskus He ovat osoittaneet hyvin konkreettisia esimerkkejä: anturidatan ja virtausdynamiikan mallien avulla he kouluttivat neuroverkkoja polttolaitosten ohjaus ja parantaa polttoainetehokkuutta vähentämällä päästöjä; tai ennustaa ilmanlaatua suurissa kaupungeissa huomattavan tarkasti vuosien historiallisten tietojen perusteella.

Toinen silmiinpistävä esimerkki on AlphaFoldDeepMindin järjestelmä proteiinin laskostumisen ennustamiseksi sen aminohapposekvenssin perusteella. Tämä Nobel-palkinnon tasoiseksi katsottu ongelma on hyötynyt räjähdysmäisestä yhdistelmästä Tekoäly, Big Data ja supertietokoneetVaikutus biolääketieteeseen ja lääkesuunnitteluun on osoittautumassa valtavaksi, siinä määrin, että kymmenet tuhannet tutkijat maailmanlaajuisesti käyttävät sen tuloksia jo päivittäin.

Supertietokoneiden yleisiä käyttötarkoituksia

• Sää- ja ilmastoennusteet keskipitkällä ja pitkällä aikavälillä.
• Maanjäristysten, tsunamien ja luonnonkatastrofien simulointi vahinkojen vähentämiseksi.
• Lentokoneiden, ajoneuvojen ja rakettien suunnittelu ja testaus aerodynaamisten mallien avulla.
• Lääkkeiden löytäminen ja suunnittelu ja molekyylivuorovaikutustutkimukset.
• Astrofysiikka ja kosmologia: galaksien, tähtien ja mustien aukkojen muodostuminen.
• Ilmanlaatu ja ilmakehän koostumus alueilla ja kaupungeissa.
• Big Data ja sosiaalinen simulointikulttuurinen evoluutio, väestönliikkeet, älykaupungit.
• Turvallisuus ja puolustusydinaseiden simulaatiosta tutkien ja monimutkaisten järjestelmien digitaalisiin kaksosiin.

Missä sijaitsevat suuret supertietokoneet ja mikä on Espanjan rooli?

Luettelo Top500 Se kokoaa ja asettaa paremmuusjärjestykseen maailman 500 tehokkainta supertietokonetta kahdesti vuodessa. Listaa on pidetty vuodesta 1993 lähtien. Vaikka Kiina on listan ykkönen järjestelmien lukumäärässä, Yhdysvallat säilyttää johtoasemansa... kokonaislisätehovarsinkin Frontierin kaltaisten koneiden kanssa.

Nykyisten jättiläisten joukosta löydämme Fugaku Japanissa, joka oli johdossa vuosia; Huippukokous y Sierra Yhdysvalloissa; tai Sunway TaihuLight y Tianhe-2A Kiinassa, joka oli myös aikoinaan ensimmäinen. Italiassa on järjestelmiä, kuten HPC5 o Marconi-100ja Sveitsillä on Piz hieno, pitkäaikainen päähenkilö Euroopassa.

Espanjassa vertailukohtana on Marenostrum Barcelonan supertietokonekeskuksesta. Ensimmäisestä versiostaan ​​vuonna 2004, jonka nopeus oli noin 42,4 teraflopia, lähtien se on skaalautunut nykyiseen MareNostrum 4 -tasoon, jonka nopeus on noin 13,7 petaFLOPSSeuraava sukupolvi, MareNostrum 5, edustaa useiden kertaluokkien harppausta tehon ja energiankulutuksen suhteen, ja se on osa eurooppalaista strategiaa varustautua eksaskaalan infrastruktuurit.

Hyvin relevantti verkosto on Espanjan supertietokoneverkko (RES)Tämä verkosto yhdistää eri autonomisille alueille hajautettuja keskuksia ja koneita, mikä mahdollistaa sen palvella tutkijoita koko maassa. Lisäksi Iberoamerikkalainen supertietokoneverkko, joka yhdistää resursseja esimerkiksi Meksikosta ja muista Latinalaisen Amerikan kumppaneista yhteisiä hankkeita varten.

Alueellisella tasolla laitokset, kuten Picasso-supertietokone Malagan yliopistosta, jossa on noin 40 000 laskentaydintä ja 180 Tt RAM-muistia. Picasso palvelee sekä yliopiston omia tutkijoita että andalusialaisia ​​käyttäjiä Andalusian bioinformatiikan alustan kautta ja tutkijoita kaikkialta Espanjasta RES:n kautta.

Kaikki nämä järjestelmät toimivat lähes aina Linux tai johdannaisia ​​niiden avoimen lähdekoodin luonteen, vakauden ja alhaisen resurssienkulutuksen ansiosta verrattuna muihin kaupallisiin käyttöjärjestelmiin. Tälle perustalle on rakennettu tieteellisten työkalujen, ohjelmointiympäristöjen ja tekoälykirjastojen ekosysteemi, jota on erikoistettu ja jalostettu vuosien varrella.

Referenssikeskukset: Barcelonan supertietokonekeskus ja eurooppalainen kilpailu omasta laitteistosta

El Barcelonan supertietokonekeskus (BSC) on yksi merkittävimmistä eurooppalaisista toimijoista supertietokoneiden ja tietokonearkkitehtuurin tutkimuksessa. Mateo Valeron vuosikymmeniä johtama BSC on kehittynyt yhden supertietokoneen hallinnoinnista keskukseksi, jossa on yli tuhat ihmistä yli 50 maasta ja joka on organisoitu osastoiksi. Tietojenkäsittelytieteet, biotieteet, maatieteet ja yhteiskunnalliset sovellukset.

Yksi BSC:n erottavista piirteistä on, että se ei rajoitu koneiden käyttöön, vaan pikemminkin kehittää omaa ohjelmistoa, algoritmeja ja jopa prosessoreitaHän on ollut vuosia mukana eurooppalaisissa projekteissa, kuten EuroHPC ja aloitteissa, kuten European Processor Initiative (EPI) tai avoimiin arkkitehtuureihin perustuvissa eurooppalaisissa siruissa, kuten RISC-V, tavoitteena vähentää Euroopan riippuvuutta amerikkalaisista ja aasialaisista valmistajista.

Yhteistyössä muiden kumppaneiden kanssa BSC on edistänyt vektoriprosessorin prototyypitARM- ja RISC-V-pohjaiset alustat ja kokonainen perhe malleja, joiden nimiä ovat esimerkiksi Kilpikonna, lisko tai kameleonttijotka ovat tulleet yhä monimutkaisemmiksi sukupolven myötä. Ajatuksena on luoda keskipitkällä aikavälillä siruja, jotka pystyvät virtaamaan "MareNostrum 6" -supertietokoneet Euroopassa kehitetyn kriittisen laskentateknologian kanssa.

Tämä pyrkimys on sijoitettu epämukavaan todellisuuteen: Eurooppa suunnitteli aiemmin osan ARM-arkkitehtuurista, mutta ARM:n myynti eurooppalaisille yrityksille ja omien suurten valimoiden puute ovat ajaneet mantereen epätasapainoon. herkkä asemaYhdysvaltojen TSMC:n edistyneen tuotannon takaamisen Arizonassa tai Saksan ja Ranskan suurilla julkisilla tuista houkuttelemien sirutehtaiden kaltaisten toimien edessä Espanjalla on haaste yhdistää suunnittelu, valmistus ja teollinen ekosysteemi suhteellisen vähemmillä resursseilla.

Tässä yhteydessä Espanjan strategiaan kuuluu BSC:n kaltaisten keskusten vahvistaminen, RES:n kaltaisten verkostojen edistäminen, avoimen sirun hankkeiden tukeminen ja muodostavat hyvin harvinaisia ​​profiileja tietokonearkkitehtuurissa ja tekoälyssä. Ei ole sattumaa, että – kuten keskuksen omat johtajat myöntävät – näille aloille erikoistuneet tohtorit saavat yksityiseltä sektorilta tarjouksia, joiden palkkoja on vaikea verrata akateemiseen maailmaan, mikä vaikeuttaa kykyjen pysymistä.

Mientras aikaa, muut espanjalaiset yliopistot Ne vahvistavat infrastruktuuriaan, kuten Málagan Picasso-projekti tai koko maahan hajautetut uusiutuvien energialähteiden solmukohdat osoittavat. Monissa tapauksissa nämä järjestelmät palvelevat sekä hiukkasfysiikka kuten ilmastonmuutostutkimukset, tekniikka, bioinformatiikka tai älykaupunkihankkeet, mikä osoittaa, että supertietokoneet eivät ole enää vain muutamien laboratorioiden luksusta.

Kokonaiskuvaa tarkasteltaessa on selvää, että supertietokoneista on tullut laboratorio-ominaisuudesta todellinen ilmiö. kriittistä infrastruktuuria ilmaston, terveyden, turvallisuuden, talouden ja jopa kaupunkien, ajoneuvojen tai lääkkeiden suunnittelun aloilla. Samaan aikaan tekoälyn siirtyminen laboratoriosta tuotantoon ja digitaalisten kaksosten nousu tuovat osan tästä tehosta erikoispalvelimille ja jopa insinöörien ja tiedemiesten työpöydille, mikä avaa skenaarion, jossa supertietokoneet eivät suinkaan katoa kokonaan, vaan niistä on tulossa yhä enemmän osa jokapäiväistä elämäämme, vaikka emme usein näekään sitä.