- Superračunalstvo pokreće sve, od klimatskih predviđanja do personalizirane medicine, a centri poput BSC-a i MareNostrum 5 prednjače u tome.
- Umjetna inteligencija i superračunalstvo se međusobno nadopunjuju, dok platforme poput AMD ROCm 7 poboljšavaju performanse umjetne inteligencije.
- Europa i zemlje poput Meksika bore se za svoju stratešku poziciju u čipovima, HPC infrastrukturi i obuci specijaliziranih talenata.
- Uspon ekstremnog računarstva postavlja energetske, etičke i energetske izazove povezane s kontrolom podataka i računalnih resursa.
Superračunalstvo je postalo veliki, tihi motor koji pokreće sve, od umjetne inteligencije i vremenske prognoze do personalizirane medicine i dizajna novih materijala. Iza svakog vrhunskog znanstvenog otkrića obično stoji masivni računalni centar, "mozak" sastavljen od milijuna procesora koji rade paralelno kako bi se uhvatili u koštac s problemima za čije bi rješavanje konvencionalnom računalu trebala stoljeća.
Posljednjih godina, intervjui i vijesti o superračunalima, umjetnoj inteligenciji i kvantnom računarstvu ponudili su uvid u ekosustav u kojem se isprepliću vrhunska tehnologija, znanstveni talenti, industrijska politika i etičke rasprave na visokoj razini. Od Superračunalnog centra u Barceloni (BSC) i njegovog MareNostrum 5 do novih projekata u Meksiku i rada na verifikaciji kvantnih procesora, krajolik je jednako fascinantan koliko i složen.
Što je točno superračunalni centar?
Superračunalni centar je, prije svega, znanstveni laboratorij čiji glavni alati nisu mikroskopi ili akceleratori čestica, već izuzetno visokoučinkovita superračunala. Kako objašnjava Mateo Valero, osnivač i direktor Superračunalnog centra u Barceloni, ovi objekti koriste strojeve sposobne za izvođenje ogromnog broja operacija u sekundi kako bi simulirali pojave koje se mogu opisati samo naprednom matematikom i fizikom.
Ključ leži u konceptu „digitalnog blizanca“ : virtualnoj repliki nečega što želimo razumjeti ili dizajnirati po prvi put. Pomoću superračunala moguće je modelirati savijanje proteina koje priroda nikada nije proizvela, predvidjeti ponašanje atmosfere s ogromnim detaljima ili procijeniti kako će se novi materijal ponašati u ekstremnim uvjetima bez proizvodnje ijednog fizičkog uzorka.
Među primjerima koje Valero najčešće navodi su vremenska prognoza visoke rezolucije , scenariji klimatskih promjena, potraga za novim materijalima za zelenu energiju i personalizirana medicina temeljena na masovnoj analizi genomskih podataka. Sve se to oslanja na sposobnost izvođenja simulacija pokušaja i pogrešaka brzinom koja se, u usporedbi s mobilnim telefonom, čini gotovo nevjerojatnom.
Ovi strojevi također služe kao akceleratori za inženjerstvo i industriju . U BSC-u je, na primjer, razvijen softver za Repsol koji je pokazivao gdje bušiti u neprijateljskim okruženjima poput Meksičkog zaljeva. Svaka operacija bušenja košta oko sto milijuna dolara, a zahvaljujući simulaciji, stopa uspjeha porasla je s jednog od deset pokušaja na jedan od sedam, što je rezultiralo uštedom troškova i smanjenjem rizika.
MareNostrum 5 i uloga Superračunalnog centra u Barceloni
Smješten u Barceloni, MareNostrum 5 jedno je od najbržih superračunala na svijetu i vodeći model BSC-a. Sastoji se od milijuna procesora velike snage koji komuniciraju putem mreža s ultra niskom latencijom i može se pohvaliti velikim kapacitetom povezanih memorija, što mu omogućuje pokretanje izuzetno složenih modela s impresivnom razinom detalja.
Valero često koristi upečatljive usporedbe: moderno superračunalo može biti reda veličine milijun puta brže od mobilnog telefona . U slučaju MareNostrum 5, njegove različite particije zbrajaju stotine petaflopsa: govorimo o kapacitetu izvođenja stotina tisuća bilijuna operacija s pomičnim zarezom u sekundi. Da biste dobili ideju, ovi resursi omogućuju simulaciju cijele Zemlje - mora, zraka, kontinenata i polova - s prostornom rezolucijom od približno jednog kilometra.
MareNostrum 5 je zapravo skup nekoliko specijaliziranih superračunala . Kada je službeno inauguriran u prosincu 2023., jedna od njegovih particija zauzela je 8. mjesto na svjetskoj ljestvici Top500, a druga 19. mjesto. Jedna od tih particija bila je optimizirana za obuku i pokretanje velikih modela umjetne inteligencije, što je čini jednom od najboljih svjetskih platformi za ovu vrstu radnog opterećenja.
No Valerov ponos nije ograničen samo na stroj. Kako naglašava, pravo blago BSC-a su njegovi ljudi . Centar je narastao s 20 ljudi na početku na oko 1.400, od kojih je otprilike 1.200 istraživača. Okuplja stručnjake iz 32 različite akademske discipline i više od 60 zemalja, što BSC čini svojevrsnim Ujedinjenim narodima računalnih znanosti. Ta raznolikost olakšava rješavanje složenih problema iz vrlo različitih perspektiva.
Što se tiče pristupa, MareNostrum je javni resurs otvoren za znanstvenu zajednicu . Superračunalo je u vlasništvu španjolske vlade, vlade Katalonije i Politehničkog sveučilišta Katalonija. Španjolski i europski istraživači mogu zatražiti računalno vrijeme za svoje projekte, pod uvjetom da prođu proces evaluacije. Osoblje BSC-a samo troši otprilike 20% kapaciteta; preostalih 80% dijeli se među drugim znanstvenim skupinama.
Superračunalstvo i umjetna inteligencija: simbiotski odnos
Eksplozija moderne umjetne inteligencije neraskidivo je povezana sa superračunalstvom . Valero to slikovito sažima: upravo su ogromni skupovi podataka i ekstremna računalna snaga izvukli umjetnu inteligenciju iz njezine „polarne zime“. Bez strojeva sposobnih za obradu milijardi parametara i gigantskih skupova podataka - ili bez znanja kako transformirati svoje računalo u laboratorij umjetne inteligencije - napredak poput velikih jezičnih modela ili sustava za prepoznavanje slika ne bi bio moguć.
Glavni primjer je savijanje proteina , računalno složen problem koji se desetljećima smatrao gotovo nerješivim čak i sa superračunalima. Kombinacija algoritama umjetne inteligencije i velikih računalnih infrastruktura omogućila je njegovo učinkovito rješavanje da je na kraju prepoznat Nobelovom nagradom za kemiju, zauvijek promijenivši način na koji se lijekovi dizajniraju i molekularna biologija razumije.
Danas je odnos djelomično obrnut: umjetna inteligencija također pomaže u poboljšanju znanosti pomoću superračunala . U BSC-u se primjenjuju tehnike strojnog učenja za optimizaciju simulacija, smanjenje vremena izračuna i izdvajanje uzoraka iz skupova podataka koje bi ljudski uvid bio nemogući. Valerovim riječima, više nije jasno vodi li superračunalni centar ili centar za umjetnu inteligenciju, jer su se oba područja potpuno ispreplela.
Međutim, Valero ne oklijeva ublažiti entuzijazam oko generativne umjetne inteligencije. Ističe da su modeli poput ChatGPT-a ograničeni na predviđanje sljedeće riječi na temelju statističkih obrazaca izvučenih iz velikih količina teksta. To su izuzetno sofisticirani sustavi, ali im nedostaje svijest i zdrav razum, dvije ljudske sposobnosti koje smatra vrlo teškima za replicirati u stroju. Iz tog razloga scenarij pobune strojeva poput HAL-a 9000 smatra malo vjerojatnim.
Sama potrošnja resursa vrhunske umjetne inteligencije ilustrira stupanj u kojem su superračunalstvo i energija povezani . Valero navodi slučaj OpenAI-a, koji je predložio izgradnju podatkovnog centra s oko milijun NVIDIA GPU-ova. Samo komponenta ubrzanja MareNostrum 5 ima oko 4.500 GPU-ova; stoga je opseg onoga što se predviđa za obuku budućih modela ogroman, s energetskim potrebama izračunatim na oko 10 gigavata, što je otprilike ekvivalentno snazi deset nuklearnih elektrana.
AMD ROCm 7 i utrka u performansama umjetne inteligencije
Uz glavne superračunalne centre, proizvođači hardverskih i softverskih platformi vode vlastitu bitku. AMD je nedavno predstavio ROCm 7, sedmu glavnu verziju svog ekosustava Radeon Open Compute , otvorene platforme usmjerene na visokoučinkovite računalne (HPC) sustave i radna opterećenja umjetne inteligencije na GPU-ima i akceleratorskim karticama tvrtke.
ROCm 7 obećava do 3,5 puta veće performanse u AI zadacima u usporedbi s prethodnim generacijama, što je ključno za natjecanje s NVIDIA-om na tržištu gdje je treniranje sve većih modela postalo norma. Ovo poboljšanje performansi ne znači samo brže treniranje već i veću energetsku učinkovitost po operaciji, što je ključni aspekt pri radu s instalacijama koje troše ogromne količine električne energije.
ROCm-ova otvorena filozofija posebno je relevantna u javnim superračunalnim okruženjima poput BSC-a ili drugih nacionalnih centara, gdje se interoperabilnost i odsutnost tehnoloških barijera visoko cijene. Otvoreni softverski paket olakšava prilagodbu znanstvenog koda, optimizaciju specifičnih jezgri i kombiniranje raznolikog hardvera bez oslanjanja u potpunosti na vlasnička rješenja.
U europskom kontekstu, gdje se želi postići veći tehnološki suverenitet , napredak poput ROCm 7 odgovara potrebi za diverzifikacijom pružatelja GPU-a i promicanjem softverskih ekosustava koji omogućuju HPC centrima da prilagode svoju infrastrukturu stvarnim potrebama svojih istraživačkih projekata.
Europa, čips i rizik da budete samo VAR
Jedna od opsesija Matea Valera je pozicija Europe u utrci za umjetnom inteligencijom i superračunalstvom . Koristi upečatljivu nogometnu metaforu: boji se da će kontinent na kraju postati VAR, sustav video pomoćnika sucima, za utakmicu u kojoj nema igrača na terenu. Drugim riječima, da će Europa na kraju uspostaviti pravila i propise, ali bez vlastitih tehnoloških prvaka koji će se izravno natjecati sa Sjedinjenim Državama ili Azijom.
Problem je jasno vidljiv u području visokoučinkovitih čipova . Ako proučimo vodeća europska superračunala, gotovo nijedno ne koristi procesore ili grafičke procesore dizajnirane i proizvedene u Europi. Europa se oslanja ne samo na proizvodnju već i na dizajn čipova, što ugrožava dugoročne projekte poput autonomnih vozila ili kritične infrastrukture umjetne inteligencije ako dođe do poremećaja u opskrbi.
Valero godinama inzistira na potrebi za velikim europskim projektom poluvodiča , sličnim onome što je bio Airbus u zrakoplovstvu, Galileo u satelitskoj navigaciji ili CERN u fizici čestica. To bi zahtijevalo koordinirani napor, sa značajnim javnim ulaganjima i obvezom kupnje prvih čipova, čak i ako su njihove performanse niže od performansi američkih ili azijskih proizvođača. U suprotnom, vjeruje da će Europa ostati "ovisna o čipovima".
Politička fragmentacija također ne pomaže. Prema njegovim riječima, Europa ostaje skup zemalja koje su previše zatvorene u sebe , s često suprotstavljenim nacionalnim interesima. Taj nedostatak zajedničke vizije otežava pokretanje inicijativa potrebnog opsega, kako u hardveru tako i u softveru. Unatoč tome, priznaje da su u tijeku važni projekti i da se poduzimaju okvirni koraci, na primjer od strane samog BSC-a, koji je promovirao napore u dizajnu procesora u Španjolskoj.
Ekonomske implikacije su jasne: dodana vrijednost jednog grama silicija u obliku čipa može doseći 50.000 eura, što svaki kvadratni centimetar pločice čini izuzetno vrijednim. Tko god kontrolira ovaj lanac vrijednosti ne samo da će dominirati tehnološkim tržištima, već će imati i ogroman geopolitički utjecaj.
Meksiko, Coatlicue i oklada na nacionalno superračunalo
Izvan Europe, i druge zemlje poduzimaju korake kako bi izbjegle zaostajanje. U Meksiku je u tijeku izgradnja Coatlicuea, superračunala dizajniranog za rješavanje velikih javnih problema i osposobljavanje lokalnih talenata u području umjetne inteligencije i naprednog računarstva. U intervjuu, voditelj projekta - identificiran kao JLPH - objašnjava da cilj nije bio „imati najveći stroj u Latinskoj Americi“, već steći potrebnu procesorsku snagu za rješavanje trenutnih izazova zemlje.
S otprilike 314 petaflopsa računalne snage , Coatlicue bi se, prema početnim procjenama tima, svrstao među dvadeset najmoćnijih superračunala na svijetu. Ova snaga opravdana je potrebom za analizom ogromnih količina podataka povezanih s nacionalnim izazovima u područjima kao što su zdravstvo, obrazovanje, sigurnost i društveni razvoj.
Jedan od tipičnih problema s kojima se Meksiko suočava jest nedostatak specijaliziranih talenata u području umjetne inteligencije i naprednih tehnologija . Procjenjuje se da gotovo 77% tvrtki u tehnološkom sektoru ima poteškoća s pronalaženjem dovoljno obučenih stručnjaka. U tom kontekstu, Javni centar za obuku u području umjetne inteligencije i sam Coatlicue smatraju se sjemenom za stvaranje nove generacije stručnjaka obučenih u zemlji.
S gledišta održivosti i životnog ciklusa, plan za Coatlicue uključuje zamjenu grafičkih procesora otprilike svakih pet godina . Projektni tim želi uspostaviti jasan plan za buduće uprave, iako će daljnja ulaganja ovisiti o političkim odlukama. Također naglašavaju da prava vrijednost stroja ne leži u kupnji hardvera, već u problemima koje će riješiti i prijenosu znanja u akademsku zajednicu, istraživanje i inovacije.
JLPH također zauzima stav o kvantnom računarstvu , području o kojem se mnogo govori, a za koje smatra da još uvijek nije dovoljno zrelo za masovnu industrijsku primjenu. Iako priznaje njegov ogroman potencijal - posebno u kriptografiji i određenim specifičnim problemima - vjeruje da je, kako bi se riješili trenutni javni izazovi Meksika, prioritet i dalje konsolidacija robusne klasične superračunalne infrastrukture i razvoj ljudskog kapitala oko nje.
Kvantno računarstvo: metrika, verifikacija i trenutno stanje tehnike
Dok klasična superračunala postižu performanse u stotinama petaflopsa, kvantno računarstvo napreduje paralelno s drugačijom računalnom filozofijom , temeljenom na kubitima i superpoziciji umjesto binarnih bitova. Iako mnogi stručnjaci još uvijek smatraju da je ova tehnologija u svojevrsnoj "polarnoj zimi", postiže se izvanredan napredak, posebno u načinu procjene i certificiranja ponašanja uređaja te u inicijativama vezanim uz kvantni internet.
Nedavni primjer je rad Davida Aguirrea, doktoranda kvantnog računarstva na Baskijskom centru za primijenjenu matematiku (BCAM) , koji je osvojio nagradu TalentQ za najbolji magistarski rad. Njegovo istraživanje usmjereno je na dizajniranje nove metrike verifikacije za kvantne procesore sposobne za održavanje konstantnih računalnih troškova za evaluaciju, bez obzira na veličinu uređaja.
Ovaj pristup je ključan jer provjera kvantnog procesora postaje eksponencijalno teška kako se broj kubita povećava. Klasične tehnike karakterizacije s vremenom postaju nepraktične za velike uređaje, pa posjedovanje metrika čija složenost ne raste s veličinom sustava otvara vrata češćem i temeljitijem testiranju.
Aguirreov rad usklađen je s općom zabrinutošću unutar zajednice: nije dovoljno izgraditi kvantni hardver; mora se osigurati da funkcionira kako se očekuje . U zemljama poput Španjolske, kvantno računarstvo se smatra strateškim područjem istraživanja, a ne tehnologijom spremnom zamijeniti superračunala u općim primjenama. Najvjerojatnije će, kako sazrijeva, postati specijalizirani dodatak za određene probleme, dok će klasično superračunalstvo ostati glavni alat za većinu zadataka.
Valero dijeli ovo mišljenje. Ističe da se istražuju novi materijali i podloge za klasične tranzistore , kao i novi oblici nebinarnog računanja poput kvantnog računarstva. Smatra vjerojatnim da će, baš kao što se dogodilo s umjetnom inteligencijom, doći vrijeme kada će kvantna tehnologija "eksplodirati" i prijeći iz laboratorija u širu upotrebu. Ali čak i tada, ostat će ograničena na određene vrste problema gdje nudi stvarnu prednost.
Nacionalne mreže, regionalni čvorovi i razvoj talenata
Iskustvo BSC-a pokazalo je da nije dovoljno imati veliko središnje superračunalo . Važno je izgraditi nacionalne mreže koje povezuju različite regionalne čvorove i omogućuju dijeljenje resursa, znanja i najboljih praksi. U Španjolskoj je Španjolska superračunalna mreža stvorena upravo s tim ciljem 2006. godine, uglavnom iz Barcelone.
Unutar ove mreže, razne autonomne zajednice postavljaju vlastite centre , koji su povezani putem brzih akademskih infrastruktura, poput CIRIS mreže. Ovi čvorovi približavaju superračunalstvo sveučilištima i lokalnim istraživačkim grupama, smanjuju prepreke ulasku i potiču suradnju među različitim znanstvenim zajednicama.
Valero posebno potiče regije poput Balearskih otoka da se u potpunosti pridruže ovoj mreži i razviju vlastite snažne istraživačke skupine . Njegov savjet je jasan: kupiti računalo je lako; dobro ga koristiti je teško. Prvi cilj svakog novog centra trebao bi biti obuka studenata i istraživača, jer što više ljudi zna kako učinkovito koristiti stroj, to je veći utjecaj ulaganja.
Superračunalstvo ne koristi samo inženjerima ili fizičarima. Kao što sam BSC ističe, razvijaju se nova područja poput računalnih društvenih znanosti , gdje se simulacijske tehnike i analiza velikih podataka koriste za proučavanje utjecaja društvenih mreža na kvalitetu demokracije, između ostalog. To znači da studenti disciplina poput sociologije, ekonomije ili politologije također mogu postati intenzivni korisnici HPC resursa.
U međuvremenu, centri poput COMPUTAEX-a u Extremaduri značajan dio svojih aktivnosti posvećuju širenju i približavanju superračunalstva društvu , objavljivanju intervjua, organiziranju konferencija i izgradnji mostova između akademske zajednice, vlade i poduzeća. Cilj je da javnost bolje razumije prednosti ulaganja u ovu vrstu infrastrukture i povrate koje ona generira u smislu inovacija i zapošljavanja.
Potrošnja energije, voda i održivost superračunala
Kako se snaga superračunala povećava, tako raste i njihova potrošnja energije i utjecaj na prirodne resurse . Najsuvremeniji podatkovni centar može zahtijevati stotine megavata električne energije i ogromne količine vode za hlađenje. To je velika glavobolja i za operatere HPC centara i za vlasti koje ih ugošćuju.
Valero ističe da se sklopovi intenzivno zagrijavaju tijekom obrade , što zahtijeva korištenje naprednih sustava za klimatizaciju i tekuće hlađenje. U regijama s nestašicom vode, poput dijelova Aragona, to izaziva ozbiljnu zabrinutost zbog široko rasprostranjenog postavljanja velikih podatkovnih centara. Nije slučajno da se već istražuju takve upečatljive alternative poput postavljanja podatkovnih centara u svemiru ili pod vodom, gdje se odvođenje topline može učinkovitije upravljati.
Međutim, superračunalstvo je također dio rješenja energetskog problema . Mnogi projekti koji se izvode na strojevima poput MareNostrum 5 usredotočuju se na poboljšanje učinkovitosti obnovljivih izvora energije, optimizaciju električnih mreža ili doprinos razvoju tehnologija nuklearne fuzije poput ITER-a. Ako fuzija postane komercijalno isplativa, globalna opskrba energijom mogla bi se dramatično promijeniti.
Stoga stručnjaci zagovaraju uravnotežen pristup: priznavanje da su superračunalstvo i umjetna inteligencija energetski intenzivni , ali i njihovo prepoznavanje kao bitnih alata za pronalaženje čišćih i održivijih izvora energije. Ključno će biti nastaviti poboljšavati učinkovitost čipova, optimizirati softver kako bi se smanjili nepotrebni izračuni i locirati podatkovne centre gdje su obnovljiva energija i voda obilniji.
Paralelno s tim, radi se na novim arhitekturama i materijalima za tranzistore , poput galijevog arsenida i drugih spojeva koji bi mogli ponuditi bolje performanse po vatu od tradicionalnog silicija. Iako su ove tehnologije još uvijek daleko od širenja, one ukazuju na budućnost u kojoj rast računalne snage ne mora nužno biti popraćen naglim povećanjem potrošnje energije.
Podaci, moć i rizici tehnokratskog društva
Osim tehničkih aspekata, superračunalstvo i umjetna inteligencija postavljaju neugodna pitanja o moći, privatnosti i društvenoj kontroli . Valero je posebno kritičan prema tome kako je nekoliko velikih tehnoloških tvrtki uspjelo akumulirati ogromne količine osobnih podataka i računalne snage, do te mjere da mogu utjecati na odluke i mišljenja milijuna ljudi.
U jednoj od svojih najsnažnijih refleksija, tvrdi da svijetom vlada „petero glupe djece“ , misleći na nekolicinu rukovoditelja velikih tehnoloških tvrtki. Prema njemu, dopustili smo da nas zavedu praktičnost i zabava, uglavnom se odrekavši svoje slobode. Kritizira, na primjer, one koji su se odupirali dijeljenju svojih podataka kako bi pomogli u borbi protiv COVID-19, a ipak lako prihvaćaju beskonačne ugovore za digitalne usluge koje platformama predaju cijele njihove živote.
Rizik ne leži samo u savjetima o tome što kupiti, već i u mogućnosti da naše razmišljanje oblikuju neprozirni algoritmi koji odlučuju koji sadržaj vidimo, a koji je skriven. U tom smislu, kontrola podataka i računalne snage postaje odlučujući faktor za budućnost demokracije i individualnih sloboda.
Ova je rasprava itekako živa u Europi, gdje postoji poticaj za promicanje umjetne inteligencije u skladu s europskim etičkim vrijednostima . Stoga Valerovo inzistiranje da se kontinent ne može ograničiti na suđenje putem VAR-a, već mora imati i vlastite igrače u tehnološkoj areni: tvrtke, istraživačke centre i proizvode sposobne za globalnu konkurenciju bez ugrožavanja standarda privatnosti i temeljnih prava.
U obrazovnoj sferi, sve ovo naglašava važnost osposobljavanja ne samo vještih tehnologa, već i kritičnih građana koji razumiju mehanizme umjetne inteligencije, superračunalstva i korištenja podataka. Tehnologija je moćan mač s dvije oštrice: može riješiti ogromne probleme, ali i koncentrirati neviđenu moć u rukama vrlo malog broja ljudi.
Slika koju prikazuju svi ovi intervjui i vijesti prikazuje brzo razvijajući ekosustav, gdje superračunalstvo, umjetna inteligencija i kvantno računalstvo napreduju vrtoglavom brzinom dok vlade, tvrtke i istraživački centri nastoje držati korak. Od MareNostrum 5 i španjolske mreže superračunala do ROCm 7, Coatlicue i novih metrika za kvantne procesore, sve sugerira da će ekstremno računalstvo biti jedna od definirajućih sila koje će oblikovati znanost, ekonomiju i politiku u nadolazećim desetljećima, a Europa, Latinska Amerika i drugi igrači natječu se za poziciju na sve zahtjevnijem terenu.
