Superkompiuterija, dirbtinis intelektas ir skaitmeniniai dvyniai: išsamus vadovas ispanų kalba

„Informatec Digital“ » Ištekliai » Superkompiuterija, dirbtinis intelektas ir skaitmeniniai dvyniai: išsamus vadovas ispanų kalba

Superkompiuteriai ir dirbtinis intelektas tapo karščiausia šių dienų technologijų pora. Mes nekalbame tik apie didžiulius duomenų centrus, paslėptus moksliniuose bunkeriuose, bet ir apie mašinas, galinčias sukurti skaitmeninius planetos, žmogaus širdies ar viso miesto dvynius, ir netgi stacionarius superkompiuterius, kurie (daugiau ar mažiau) telpa po biuro stalu.

Tuo pačiu metu patiriame fazinį poslinkį dirbtinio intelekto srityje: nuo milžiniškų modelių mokymo bumo perėjome prie išvadų manijos – tai yra, šių modelių naudojimo visu pajėgumu kasdienėse užduotyse. Aparatūros gamintojai, tyrimų centrai ir universitetai dabar konkuruoja, kad pasiūlytų viską – nuo ​​superkompiuterių centrų, tokių kaip Barselonos superkompiuterių centras (BSC) ar Europos LUMI, iki kompaktiškų serverių ir dirbtiniam intelektui pritaikytų kompiuterių, kurie darbalaukyje perkelia savotišką „mini superkompiuterį“.

Kas iš tikrųjų yra superkompiuterija ir kaip matuojama jos galia?

Kalbėdami apie superkompiuterius, turime omenyje ne patobulintą kompiuterį, o tūkstančių kompiuterių grupes, veikiančias koordinuotai, tarsi būtų viena mašina. Kiekvienas iš šių kompiuterių yra mazgas su savo procesoriais, grafikos procesoriais, RAM ir atmintimi, sujungtais itin greitais sujungimo tinklais, kurie sumažina delsą – didžiausią našumo priešą.

Šių mašinų galia išreiškiama FLOPS (slankiojo kablelio operacijų per sekundę) . Namuose galingas kompiuteris gali veikti teraFLOPS (TFLOPS) diapazone. Superkompiuterių srityje žaidžiame kitoje lygoje: įprasta kalbėti apie petaFLOPS ( ^10¹⁵ operacijų per sekundę), o pažangiausiose sistemose – apie eksaFLOPS ( ^10¹⁸ ). Jungtinėse Valstijose įsikūrusi bendrovė „Frontier“ pirmoji oficialiai peržengė eksaskalės ribą.

Kad susidarytumėte vaizdą, šiuolaikinis superkompiuteris per valandą gali atlikti tai, ką namų kompiuteriui apskaičiuoti prireiktų metų . Šis neįtikėtinas skaičiavimo pajėgumas leidžia mums imituoti viską – nuo ​​uraganų iki baltymų dinamikos arba apmokyti dirbtinio intelekto modelius su trilijonais parametrų.

Kaip fiziškai atrodo superkompiuteriai ir kodėl jiems reikia tiek daug aušinimo?

Vizualiai superkompiuteris visiškai nepanašus į įprastą stacionarų kompiuterį. Paprastai jis primena kambarį, pilną metalinių spintelių , kurių kiekvienoje yra šimtai ar tūkstančiai procesorių, GPU ir standžiųjų diskų. Galia tokia milžiniška, kad energijos suvartojimas gali siekti kelis megavatus , o didelė šios energijos dalis prarandama šilumos pavidalu.

Štai kodėl šioms sistemoms reikalingos specialios patalpos su itin geru aušinimu : pramoninė klimato kontrolė, karšto ir šalto praėjimo sistemos, tiesioginis skysčio aušinimas prie lusto ir net kūrybingi sprendimai, kaip panaudoti tą šilumą. Pavyzdžiui, Šveicarijoje superkompiuterio šiluma pakartotinai panaudojama universiteto pastatams šildyti , taip problemą paverčiant privalumu.

Kai kuriais atvejais naudojamos itin sudėtingos saugumo ir apsaugos sistemos, pavyzdžiui, stikliniai gaubtai su specialiomis gaisro gesinimo sistemomis , kurios naudoja mikronizuotą vandenį, galintį gesinti gaisrus nepažeidžiant elektronikos. Taip yra ir su originaliu „MareNostrum“ Barselonoje, įrengtu Katalonijos politechnikos universiteto koplyčioje: tai turbūt vienas iš superkompiuterių, esančių neįprasčiausiose vietose pasaulyje.

Skaitmeninio dvynio revoliucija: nuo Žemės iki žmogaus širdies

Superkompiuterių ir dirbtinio intelekto derinys skatina pagrindinę koncepciją: skaitmeninius dvynius . Tai ne tiesiog virtualūs modeliai, o dinamiškos kopijos, kurios beveik realiuoju laiku integruoja realaus pasaulio duomenis, kad imituotų, numatytų ir optimizuotų tai, kas vyksta fiziniame pasaulyje.

Europoje Europos Komisija skatina programą „ Tikslas Žemė“ (DestinE) , kurios tikslas – per kelerius metus sukurti labai tikslų skaitmeninį Žemės dvynį. Dėl tokių superkompiuterių kaip LUMI , galingiausių Europos Sąjungoje, galima atlikti labai didelės skiriamosios gebos ilgalaikius klimato modeliavimus, įtraukiant atmosferą, vandenynus ir sausumos paviršių tokiu detalumo lygiu, kuris iki šiol buvo įmanomas tik naudojant labai trumpalaikius orų modelius.

Pasak HPE HPC/AI EMEA tyrimų laboratorijos vadovo Utz-Uwe Haus, ši galimybė leidžia geriau suprasti ekstremalius įvykius nelaimių valdymo tikslais, tirti klimato kaitos scenarijus ir įvertinti ledynų, jūros ledo, augmenijos ir aerozolių poveikį pasaulio klimatui. Tačiau ji taip pat leidžia atlikti kai ką labai praktiško: numatyti vietinį poveikį su didžiuliu tikslumu, pavyzdžiui, vidutinį kritulių kiekį, sausras ar potvynius regiono ar miesto mastu.

Tai turi tiesioginių pasekmių žemės ūkio planavimui (kurie pasėliai yra perspektyvūs tam tikroje vietovėje ir kokia rizika), investicijoms į atsinaujinančius energijos šaltinius (saulės šviesos ir vėjo valandų prognozavimas per dešimtmečius) ir infrastruktūros projektavimui. Tai aiškus pavyzdys, kaip superkompiuterija nustoja būti kažkuo abstrakčiu ir pradeda daryti įtaką labai konkretiems ekonominiams sprendimams.

Skaitmeniniai dvyniai miestuose, upėse ir uostuose

Skaitmeniniai dvyniai neapsiriboja vien pasauliniu klimatu. Barselonos metropolinė zona turi 164 savivaldybių skaitmeninį dvynį, kuris leidžia imituoti miestų, ekonomikos, mobilumo, būsto ir žinių scenarijus ateinantiems dešimtmečiams. Politiką ir planus galima išbandyti šioje virtualioje kopijoje prieš priimant sprendimus realiame pasaulyje.

Uostų ir upių transporto sektoriuje Sevilijos uostas , įgyvendindamas savo skaitmeninimo planą, kuria „Guadaltwin“ – skaitmeninį „Guadalquivir“ vandens kelio dvynį. Ši sistema integruoja dirbtinį intelektą ir mašininį mokymąsi, kad būtų galima geriau prognozuoti ir priimti sprendimus dėl upių eismo, grimzlės valdymo, potvynių ir atoslūgių, infrastruktūros ir saugumo.

Net ir, atrodytų, skirtingose ​​srityse, tokiose kaip didelės energijos fizika ir mada, skaitmeniniai dvyniai pradėjo skintis kelią į pramonę. CERN tyrinėja, kaip panaudoti šiuos modelius savo dalelių fizikos eksperimentuose, robotikoje ir aušinimo sistemose, o tokios įmonės kaip H&M sukūrė skaitmenines žmonių modelių kopijas reklamos kampanijoms, sukeldamos diskusijas apie vaizdų teises ir kūrybinio darbo ateitį.

Žmogaus kūnas kaip kitas didysis skaitmeninis dvynys

Vienas ambicingiausių iššūkių – sveikatos apsauga. Tokios komandos kaip Steveno Niedererio iš Londono Imperatoriškojo koledžo dirba su skaitmeniniais dvyniais – individualiomis širdimis, turinčiomis specifinę formą, dydį ir funkciją. Šie modeliai leidžia imituoti operacijas ir gydymą nekeliant rizikos pacientui ir jau naudojami klinikiniuose tyrimuose bei intervencijų planavime.

Tokie tyrėjai kaip Andreu Climent ir María de la Salud Guillem iš Valensijos politechnikos universiteto mano, kad šie skaitmeniniai širdies dvyniai bus labai svarbūs gydant sudėtingas aritmijas, sprendžiant, kam naudingas implantuojamas defibriliatorius, ir numatant staigios mirties riziką. O ilgalaikis tikslas yra dar ambicingesnis: sukurti visavertį žmogaus kūno skaitmeninį dvynį , kuris leistų išbandyti terapijas, koreguoti vaistų dozes ir kuo labiau suasmeninti vaistus.

Dirbtinis intelektas, superkompiuterija ir perėjimas nuo mokymo prie išvadų darymo

Jau daugelį metų didžioji dalis investicijų į dirbtinį intelektą buvo skiriama vis didesnių modelių, ypač generatyvinio dirbtinio intelekto, mokymui. Šiandien dėmesys akivaizdžiai perkeliamas į išvadų darymą : šių modelių naudojimą dideliu mastu gamyboje, nuolat ir mažesnėmis sąnaudomis vienai operacijai.

Šis pokytis buvo aiškiai matomas CES 2026 parodoje . Tokie gamintojai kaip „Lenovo“ pristatė specialiai išvadoms kurti skirtus serverius, tokius kaip „ThinkSystem SR675i“, „SR650i“ ir „ThinkEdge SE455i“ , kurie yra paruošti dirbtinio intelekto modeliams vykdyti šalia duomenų šaltinio, vadinamajame krašte.

„Origin PC“, dabar priklausanti „Corsair“ ekosistemai, pristatė „ S-Class Edge AI Developer Kit“ – kompaktišką, paruoštą naudoti platformą dirbtinio intelekto kūrimui tinklo periferijoje. Idėja yra ta, kad mažos kūrimo ar tyrimų komandos gali testuoti ir diegti dirbtinį intelektą, ne visada pasikliaudamos debesimi ar didžiuliais išoriniais duomenų centrais.

Dauguma CES parodoje dalyvavusių kompiuterių gamintojų pasirinko tą patį kelią: „Acer“ su savo dirbtinio intelekto mini stotimi „RA100“ ir atnaujintais „Veriton“ staliniais kompiuteriais; „LG GRAM“ su dviem dirbtinio intelekto galimybėmis (vietinė + debesijos); „Asus“ su naujų „Vivobook“ kompiuterių serija ir „ ProArt PX13“ konvertuojamu kompiuteriu, skirtu kūrėjams, dirbantiems su dirbtiniu intelektu; „Dell“ atnaujina XPS seriją , skirtą dirbtinio intelekto darbo krūviams; o „HP“ atnaujina „EliteBook“, „EliteBoard“, „Omnibook“ ir „OmniStudio“ – visi jie su dirbtinio intelekto spartinimu ir duomenų perdavimo galia.

Superkompiuteriai, susiaurinti iki stalinio kompiuterio: „stalinis superkompiuteris“

Viena ypač įdomi tendencija yra vietiniai superkompiuteriai , kurių kompiuteriai, nors ir nepasiekia nacionalinio centro masto, siūlo neįtikėtiną galią stalinio kompiuterio formatu. CES 2026 parodoje „Gigabyte“ (per savo dukterinę įmonę „Giga Computing“) pristatė „ Gigabyte W775-V10 “ – tikrą „stalinio kompiuterio superkompiuterį“.

Ši sistema integruoja NVIDIA dirbtinio intelekto paketą ir NVIDIA GB300 „Grace Blackwell Ultra Desktop“ greitintuvą bei kitus aukščiausios klasės komponentus. Jos tikslas – suteikti dirbtinio intelekto komandoms galimybę mokyti ir daryti išvadas dėl sudėtingų modelių, nepasikliaujant debesimi ar išoriniais duomenų centrais, tuo pačiu išlaikant visišką duomenų ir vykdymo aplinkos kontrolę.

Be to, CES atnaujino komponentų ekosistemą: pristatyti nauji „Intel Core Ultra“ procesoriai , nauji AMD „Ryzen“ procesoriai, „Qualcomm“ „Snapdragon X2 Plus“ lustas , „Kioxia“ BG7 SSD diskai, pažangi „Gigabyte“ DDR5 atmintis ir atnaujintos „MSI“ pagrindinės plokštės – visos jos sukurtos palaikyti duomenų ir dirbtinio intelekto reikalaujančius darbo krūvius.

Periferinių įrenginių sektoriuje tokie prekių ženklai kaip „Corsair“ pristatė savo naujausias aukščiausios klasės peles ir klaviatūras, o „Anker“, „eufy“ ir „Soundcore“ daugiausia dėmesio skyrė prijungtiems įrenginiams. Pasirodė net keletas intriguojančių įtaisų, tokių kaip „ Plaud Notepin S“ – mažas dirbtinio intelekto valdomas užrašų darymo įrenginys.

Kam šiandien naudojami superkompiuteriai: nuo COVID iki oro kokybės

Superkompiuteriai beveik visada naudojami pažangiems tyrimams tose srityse, kuriose įprastam kompiuteriui atlikti skaičiavimai užtruktų amžinybę. Klasikiniai jų panaudojimo būdai apima meteorologiją ir klimatą , žemės drebėjimų modeliavimą, astrofizikos, geofizikos, biologijos, medicinos, vaistų kūrimo ir aviacijos bei kosmoso inžinerijos tyrimus.

COVID-19 pandemijos metu keli superkompiuteriai buvo panaudoti virusinių baltymų elgsenai imituoti, molekulių deriniams testuoti ir vaistų paieškai paspartinti. Masiniai modeliavimai leido tyrėjams atsisakyti neperspektyvių metodų ir sutelkti pastangas į junginius, kurių sėkmės tikimybė yra didžiausia.

Tokie centrai kaip Barselonos superkompiuterių centras pateikė labai konkrečių pavyzdžių: naudodamiesi jutiklių duomenimis ir skysčių dinamikos modeliais, jie apmokė neuroninius tinklus valdyti deginimo krosnis ir gerinti kuro naudojimą mažinant išmetamųjų teršalų kiekį; arba , remdamiesi daugelio metų istoriniais duomenimis, stebėtinai tiksliai prognozuoti oro kokybę dideliuose miestuose.

Kitas ryškus pavyzdys yra „AlphaFold“ – „DeepMind“ sistema, skirta baltymų lankstymuisi numatyti pagal jų aminorūgščių seką. Ši Nobelio premijos lygio problema buvo išspręsta pasitelkus sprogstamąjį dirbtinio intelekto, didžiųjų duomenų ir superkompiuterių derinį . Poveikis biomedicinai ir vaistų kūrimui buvo milžiniškas – dešimtys tūkstančių tyrėjų visame pasaulyje jau kasdien naudoja jos rezultatus.

Įprastas superkompiuterių naudojimas

• Orų ir klimato prognozavimas vidutiniu ir ilgalaikiu laikotarpiu.
• Žemės drebėjimų, cunamių ir stichinių nelaimių modeliavimas siekiant sumažinti žalą.
• Orlaivių, transporto priemonių ir raketų projektavimas ir bandymas naudojant aerodinaminius modelius.
• Vaistų atradimas ir dizainas ir molekulinės sąveikos tyrimai.
• Astrofizika ir kosmologija: galaktikų, žvaigždžių ir juodųjų skylių susidarymas.
• Oro kokybė ir atmosferos sudėtis regionuose ir miestuose.
• Dideli duomenys ir socialinė simuliacija: kultūrinė evoliucija, gyventojų judėjimas, išmanieji miestai.
• Saugumas ir gynybanuo branduolinių ginklų modeliavimo iki radarų ir sudėtingų sistemų skaitmeninių dvynių.

Kur yra didieji superkompiuteriai ir kokį vaidmenį atlieka Ispanija?

„Top500“ sąrašas nuo 1993 m. du kartus per metus sudaro ir reitinguoja 500 galingiausių pasaulio superkompiuterių. Nors Kinija pirmauja pagal sistemų skaičių šiame sąraše, Jungtinės Valstijos išlaiko lyderystę pagal bendrą galią , ypač kalbant apie tokias mašinas kaip „Frontier“.

Tarp dabartinių gigantų yra Japonijos „Fugaku“ , kuri daugelį metų pirmavo; Jungtinių Valstijų „Summit“ ir „Sierra“ ; ir Kinijos „Sunway TaihuLight“ bei „Tianhe-2A“ , kurios taip pat kažkada užėmė lyderės vietą. Italijoje yra tokios sistemos kaip HPC5 ir „Marconi-100“ , o Šveicarija didžiuojasi „Piz Daint“ – ilgamete lydere Europoje.

Ispanijoje etalonas yra „MareNostrum“ Barselonos superkompiuterių centre. Nuo pirmosios versijos 2004 m., kurios maždaug 42,4 teraFLOPS našumas pasiekė dabartinį „MareNostrum 4“, kurio maždaug 13,7 petaFLOPS našumas . Kita karta, „MareNostrum 5“, reikš kelių eilių šuolį energijos suvartojimo srityje ir yra Europos strategijos, skirtos sukurti eksaskalės infrastruktūrą , dalis.

Ypač svarbus tinklas yra Ispanijos superkompiuterių tinklas (RES) , jungiantis skirtingose ​​autonominėse bendruomenėse esančius centrus ir mašinas ir teikiantis paslaugas tyrėjams visoje šalyje. Remiantis šiuo pagrindu, taip pat buvo sukurtas Iberijos ir Amerikos superkompiuterių tinklas , jungiantis išteklius iš tokių šalių kaip Meksika ir kitų Lotynų Amerikos partnerių bendriems projektams.

Regioniniu lygmeniu išsiskiria tokie įrenginiai kaip Malagos universiteto „Picasso“ superkompiuteris , turintis apie 40 000 skaičiavimo branduolių ir 180 TB RAM. „Picasso“ aptarnauja tiek paties universiteto tyrėjus, tiek Andalūzijos vartotojus per Andalūzijos bioinformatikos platformą, taip pat mokslininkus iš visos Ispanijos per RES (Ispanijos bioinformatikos tinklą).

Šios sistemos beveik visada veikia „Linux“ arba jos dariniuose dėl savo atvirojo kodo pobūdžio, stabilumo ir mažo išteklių suvartojimo, palyginti su kitomis komercinėmis operacinėmis sistemomis. Ant šio pagrindo buvo sukurta specializuota ir patobulinta mokslinių įrankių, programavimo aplinkų ir dirbtinio intelekto bibliotekų ekosistema.

Referenciniai centrai: Barselonos superkompiuterių centras ir Europos lenktynės dėl savo techninės įrangos

Barselonos superkompiuterių centras (BSC) yra vienas iš pirmaujančių Europos žaidėjų superkompiuterių ir kompiuterių architektūros tyrimų srityje. Mateo Valero vadovaujamas BSC išaugo iš vieno superkompiuterio valdymo į centrą, kuriame dirba daugiau nei tūkstantis žmonių iš daugiau nei 50 šalių ir kuris yra suskirstytas į Kompiuterių mokslo, Gyvybės mokslų, Žemės mokslų ir Socialinių taikymų katedras.

Vienas iš BSC išskirtinių bruožų yra tai, kad ji ne tik valdo mašinas, bet ir kuria savo programinę įrangą, algoritmus ir net procesorius . Jau daugelį metų ji dalyvauja tokiuose Europos projektuose kaip „EuroHPC“ ir tokiose iniciatyvose kaip Europos procesorių iniciatyva (EPI) bei Europos lustai, pagrįsti atviromis architektūromis, tokiomis kaip RISC-V , siekiant sumažinti Europos priklausomybę nuo Amerikos ir Azijos gamintojų.

Bendradarbiaudama su kitais partneriais, BSC reklamavo vektorinių procesorių prototipus , ARM ir RISC-V pagrindu veikiančias platformas ir visą dizainų šeimą su tokiais pavadinimais kaip „Turtle“, „Lizard“ ir „Chameleon“ , kurie su kiekviena karta tapo vis sudėtingesni. Tikslas – vidutinės trukmės laikotarpiu sukurti lustus, galinčius maitinti „MareNostrum 6“ superkompiuterius su Europoje sukurta kritine skaičiavimo technologija.

Šios pastangos dedamos nepatogioje realybėje: anksčiau dalį ARM architektūros projektavo Europa, tačiau ARM pardavimas ne Europos įmonėms ir didelių nuosavų liejyklų trūkumas žemyną paliko keblioje padėtyje . Nors kai kurios iniciatyvos, pavyzdžiui, Jungtinės Valstijos garantuoja pažangią TSMC gamybą Arizonoje arba lustų gamyklos, kurias Vokietija ir Prancūzija pritraukia didelėmis viešosiomis subsidijomis, vykdomos Ispanijoje, Ispanija susiduria su iššūkiu, kaip suderinti projektavimą, gamybą ir pramonės ekosistemą su palyginti mažesniais ištekliais.

Šiame kontekste Ispanijos strategija apima tokių centrų kaip BSC konsolidavimą, tokių tinklų kaip RES skatinimą, atvirojo lusto projektų rėmimą ir labai paklausių kompiuterių architektūros ir dirbtinio intelekto specialistų rengimą. Neatsitiktinai, kaip pripažįsta patys centro direktoriai, šių sričių doktorantai gauna pasiūlymų iš privačiojo sektoriaus, o atlyginimus sunku prilygti akademinės bendruomenės atlyginimams, todėl sunku išlaikyti talentus.

Tuo tarpu kiti Ispanijos universitetai stiprina savo infrastruktūrą, ką rodo Pikaso institutas Malagoje ir visoje šalyje išsibarstę AIE mazgai. Daugeliu atvejų šios sistemos naudojamos dalelių fizikos , klimato kaitos tyrimų, inžinerijos, bioinformatikos ir išmaniųjų miestų projektuose, parodydamos, kad superkompiuterija nebėra prabanga, skirta tik kelioms laboratorijoms.

Žvelgiant į platesnį vaizdą, akivaizdu, kad superkompiuterija iš laboratorijos retenybės virto kritine infrastruktūra , skirta klimatui, sveikatai, saugumui, ekonomikai ir netgi miestų, transporto priemonių bei farmacijos projektavimui. Tuo pačiu metu dirbtinio intelekto šuolis iš laboratorijos į gamybą ir skaitmeninių dvynių iškilimas dalį šios galios perkelia į specializuotus serverius ir net inžinierių bei mokslininkų stalinius kompiuterius, sukurdamas scenarijų, kuriame superkompiuterija toli gražu neišnyksta, o vis labiau integruojasi į mūsų kasdienį gyvenimą, net jei dažnai to nematome.