- Superdatoru un mākslīgā intelekta izmantošana ļauj izveidot planētas, pilsētu un cilvēka orgānu digitālos dvīņus, lai simulētu un paredzētu sarežģītus scenārijus.
- Eiropa veicina tādus projektus kā Destination Earth, LUMI un BSC, apvienojot superdatorus, centru tīklus un savu mikroshēmu izstrādi.
- Mākslīgā intelekta uzmanības centrā vairs nav masveida apmācība, bet gan secinājumu izdarīšana, un jauni serveri, datori un pat galddatoru superdatori tiek gatavoti mākslīgā intelekta vajadzībām.
- Spānija piedalās šajās sacensībās ar MareNostrum, Spānijas superdatoru tīklu un tādām sistēmām kā Picasso, kas sniedz pakalpojumus zinātnei, rūpniecībai un sabiedrībai.
Superdatori un mākslīgais intelekts ir kļuvuši par karstāko pāri mūsdienu tehnoloģijās. Mēs vairs nerunājam tikai par milzīgiem datu centriem, kas paslēpti zinātniskos bunkuros, bet gan par mašīnām, kas spēj radīt planētas, cilvēka sirds vai veselas pilsētas digitālos dvīņus, un pat par galda superdatoriem, kas (vairāk vai mazāk) ietilpst zem biroja galda.
Vienlaikus mēs piedzīvojam mākslīgā intelekta (AI) fāzes maiņu: no gigantisku modeļu apmācības uzplaukuma mēs esam pārgājuši uz apsēstību ar secinājumiem — proti, uz šo modeļu izmantošanu pilnā apjomā ikdienas uzdevumos. Aparatūras ražotāji, pētniecības centri un universitātes tagad konkurē, lai piedāvātu visu, sākot no superdatoru centriem, piemēram, Barselonas Superdatoru centra (BSC) vai Eiropas LUMI, līdz pat kompaktiem serveriem un AI gataviem datoriem, kas galddatoros nodrošina sava veida "mini superdatoru".
Kas īsti ir superdatori un kā tiek mērīta to jauda?
Runājot par superdatoriem, mēs nerunājam par uzlabotu datoru, bet gan par tūkstošiem datoru kopām, kas darbojas koordinēti, it kā tie būtu viena mašīna. Katrs no šiem datoriem ir mezgls ar saviem centrālajiem procesoriem, grafiskajiem procesoriem, operatīvo atmiņu un krātuvi, kas visi ir savienoti ar īpaši ātriem savienojumu tīkliem, kas samazina latentumu , kas ir lielākais veiktspējas ienaidnieks.
Šo mašīnu jaudu izsaka FLOPS (peldošā komata operācijas sekundē) . Mājās jaudīgs dators var darboties teraFLOPS (TFLOPS) diapazonā. Superdatoros mēs spēlējam citā līgā: parasti runā par petaFLOPS ( 10¹⁵ operācijas sekundē) un, vismodernākajās sistēmās, par eksaFLOPS ( 10¹⁸ ). Frontier, Amerikas Savienotajās Valstīs, bija pirmais, kas oficiāli pārkāpa eksaskalas barjeru.
Lai sniegtu jums priekšstatu, mūsdienu superdators vienas stundas laikā var paveikt to, ko mājas datoram aprēķinātu gadiem ilgi . Šī neticamā skaitļošanas jauda ļauj mums simulēt visu, sākot no viesuļvētrām līdz olbaltumvielu dinamikai, vai apmācīt mākslīgā intelekta modeļus ar triljoniem parametru.
Kā fiziski izskatās superdatori un kāpēc tiem nepieciešama tik liela dzesēšana?
Vizuāli superdators nemaz neizskatās pēc tipiska galda datora. Tas parasti atgādina telpu, kas pilna ar metāla skapjiem , katrā no kuriem atrodas simtiem vai tūkstošiem procesoru, grafisko procesoru un cieto disku. Jauda ir tik milzīga, ka enerģijas patēriņš var sasniegt vairākus megavatus , un ievērojama daļa šīs enerģijas tiek zaudēta siltuma veidā.
Tāpēc šīm sistēmām ir nepieciešamas īpašas telpas ar ārkārtīgi efektīvu dzesēšanu : rūpnieciskā klimata kontrole, karstās un aukstās ejas, tieša šķidruma dzesēšana mikroshēmai un pat radoši risinājumi, lai izmantotu šo siltumu. Piemēram, Šveicē superdatora siltums tiek atkārtoti izmantots universitāšu ēku apsildīšanai , pārvēršot problēmu par priekšrocību.
Dažos gadījumos tiek izmantotas ļoti sarežģītas drošības un aizsardzības sistēmas, piemēram, stikla korpusi ar īpašām ugunsdzēsības sistēmām , kas izmanto mikronizētu ūdeni, kas spēj dzēst ugunsgrēkus, nebojājot elektroniku. Tā tas ir ar oriģinālo MareNostrum Barselonā, kas uzstādīts Katalonijas Politehniskās universitātes kapelā: iespējams, viens no superdatoriem ar visneparastākajām vietām pasaulē.
Digitālā dvīņa revolūcija: no Zemes līdz cilvēka sirdij
Superdatoru un mākslīgā intelekta apvienojums ir galvenā koncepcijas pamatā: digitālie dvīņi . Tie nav vienkārši virtuāli modeļi, bet gan dinamiskas kopijas, kas gandrīz reāllaikā integrē reālās pasaules datus, lai simulētu, paredzētu un optimizētu to, kas notiek fiziskajā pasaulē.
Eiropā Eiropas Komisija popularizē programmu “Destination Earth” (DestinE) , kuras mērķis ir dažu gadu laikā izstrādāt ļoti precīzu Zemes digitālo dvīni. Pateicoties tādiem superdatoriem kā LUMI , kas ir jaudīgākie Eiropas Savienībā, var veikt ļoti augstas izšķirtspējas ilgtermiņa klimata simulācijas, iekļaujot atmosfēru, okeānus un sauszemes virsmu ar tādu detalizācijas līmeni, kas līdz šim bija sasniedzams tikai ar ļoti īstermiņa laikapstākļu modeļiem.
Kā norāda HPE HPC/AI EMEA pētniecības laboratorijas vadītājs Utz-Uwe Haus, šī iespēja ļauj labāk izprast ekstremālus notikumus katastrofu pārvaldības vajadzībām, pētīt klimata pārmaiņu scenārijus un novērtēt ledāju, jūras ledus, veģetācijas un aerosolu ietekmi uz globālo klimatu. Taču tā ļauj paveikt arī kaut ko ļoti praktisku: ar milzīgu precizitāti prognozēt lokālas sekas , piemēram, vidējo nokrišņu daudzumu, sausumu vai plūdus reģiona vai pilsētas mērogā.
Tam ir tiešas sekas lauksaimniecības plānošanai (kuras kultūras ir dzīvotspējīgas noteiktā apgabalā un kāds ir risks), investīcijām atjaunojamajos energoresursos (saules spīdēšanas un vēja stundu prognozēšana vairākām desmitgadēm) un infrastruktūras projektēšanai. Tas ir skaidrs piemērs tam, kā superdatori vairs nav kaut kas abstrakts un sāk ietekmēt ļoti konkrētus ekonomiskos lēmumus.
Digitālie dvīņi pilsētās, upēs un ostās
Digitālie dvīņi neaprobežojas tikai ar globālo klimatu. Barselonas metropoles apgabalā ir 164 pašvaldību digitālais dvīnis, kas ļauj simulēt pilsētvides, ekonomikas, mobilitātes, mājokļu un zināšanu scenārijus nākamajām desmitgadēm. Politikas un plānus var pārbaudīt šajā virtuālajā replikā, pirms tiek pieņemti lēmumi reālajā pasaulē.
Ostu un upju transporta nozarē Seviļas osta sava digitalizācijas plāna ietvaros izstrādā sistēmu Guadaltwin, kas ir Gvadalkiviras ūdensceļa digitālais dvīnis. Šī sistēma integrē mākslīgo intelektu un mašīnmācīšanos, lai uzlabotu prognozes un lēmumus par upju satiksmi, iegrimes pārvaldību, plūdmaiņām, infrastruktūru un drošību.
Pat šķietami atšķirīgās jomās, piemēram, augstas enerģijas fizikā un modē, digitālie dvīņi ir sākuši ienākt nozarē. CERN pēta, kā izmantot šos modeļus daļiņu fizikas eksperimentos, robotikā un dzesēšanas sistēmās, savukārt tādi uzņēmumi kā H&M ir izveidojuši cilvēku modeļu digitālas kopijas reklāmas kampaņām, izraisot debates par attēlu tiesībām un radošā darba nākotni.
Cilvēka ķermenis kā nākamais lielais digitālais dvīnis
Viens no ambiciozākajiem izaicinājumiem ir veselības aprūpe. Tādas komandas kā Stīvena Nīderera komanda Londonas Imperiālajā koledžā strādā pie individuālu siržu digitālajiem dvīņiem ar to specifisku formu, izmēru un funkciju. Šie modeļi ļauj simulēt operācijas un ārstēšanu , neradot risku pacientam, un tie jau tiek izmantoti klīniskajos pētījumos un intervences plānošanā.
Pētnieki, piemēram, Andreu Kliments un Marija de la Saluda Giljema no Valensijas Politehniskās universitātes, uzskata, ka šie digitālie sirds dvīņi būs galvenie sarežģītu aritmiju ārstēšanā, lemjot, kam nepieciešams implantējams defibrilators, un prognozējot pēkšņas nāves risku. Un ilgtermiņa mērķis ir vēl ambiciozāks: izveidot pilnīgu cilvēka ķermeņa digitālo dvīni , kas ļaus testēt terapijas, pielāgot zāļu devas un personalizēt medicīnu pilnībā.
Mākslīgais intelekts, superdatori un pāreja no apmācības uz secinājumiem
Gadiem ilgi lielākā daļa investīciju mākslīgajā intelektā ir ieguldīta arvien lielāku modeļu apmācībā, īpaši ģeneratīvajā mākslīgajā intelektā. Šodien uzmanība nepārprotami tiek pievērsta secinājumiem : šo modeļu izmantošana plašā mērogā ražošanā, nepārtraukti un ar zemākām izmaksām par darbību.
Šīs pārmaiņas bija skaidri redzamas CES 2026 izstādē . Ražotāji, piemēram, Lenovo, atklāja serverus, kas īpaši paredzēti secinājumiem, piemēram, ThinkSystem SR675i, SR650i un ThinkEdge SE455i , kas ir gatavi darbināt mākslīgā intelekta modeļus datu avota tuvumā, tā sauktajā perifērijā.
Origin PC, kas tagad ir daļa no Corsair ekosistēmas, ir prezentējis S-Class Edge AI izstrādātāja komplektu — kompaktu, lietošanai gatavu platformu mākslīgā intelekta izstrādei tīkla perifērijā. Ideja ir tāda, ka mazas izstrādes vai pētniecības komandas var testēt un ieviest mākslīgo intelektu, ne vienmēr paļaujoties uz mākoņpakalpojumiem vai lieliem ārējiem datu centriem.
Lielākā daļa datoru ražotāju, kas piedalījās CES izstādē, sekoja vienam un tam pašam ceļam: Acer ar savu RA100 mākslīgā intelekta ministaciju un atjauninātajiem Veriton galddatoriem; LG GRAM ar divkāršām mākslīgā intelekta iespējām (lokālā + mākonis); Asus ar virkni jaunu Vivobook datoru un ProArt PX13 pārveidojamo datoru , kas paredzēti radošajiem darbiniekiem, kuri strādā ar mākslīgo intelektu; Dell atjaunina XPS klāstu mākslīgā intelekta darba slodzēm; un HP atjaunina EliteBook, EliteBoard, Omnibook un OmniStudio, visus ar mākslīgā intelekta paātrinājumu un datu pārraides jaudu.
Superdatoru izmantošana galddatoros: “galddatora superdators”
Īpaši interesanta tendence ir lokālā superdatoru ražošana , kurā iekārtas, lai gan nesasniedz valsts centra mērogu, piedāvā neticamu jaudu galddatora formātā. CES 2026 izstādē Gigabyte (ar sava meitasuzņēmuma Giga Computing starpniecību) prezentēja Gigabyte W775-V10 — īstu “galddatora superdatoru”.
Šī sistēma integrē NVIDIA mākslīgā intelekta steku un NVIDIA GB300 Grace Blackwell Ultra Desktop paātrinātāju , kā arī citus augstākās klases komponentus. Tās mērķis ir dot iespēju mākslīgā intelekta komandām apmācīt un secināt sarežģītus modeļus, nepaļaujoties uz mākoņpakalpojumiem vai ārējiem datu centriem, vienlaikus saglabājot pilnīgu kontroli pār datiem un izpildlaika vidi.
Līdztekus tam CES ir palīdzējusi atsvaidzināt komponentu ekosistēmu: jauni Intel Core Ultra centrālie procesori , jauni AMD Ryzen procesori, Qualcomm Snapdragon X2 Plus mikroshēma , Kioxia BG7 SSD diski, uzlabota Gigabyte DDR5 atmiņa un atjauninātas MSI mātesplates, kas visas ir paredzētas datu un mākslīgā intelekta ietilpīgu darba slodžu atbalstam.
Perifērijas ierīču sektorā tādi zīmoli kā Corsair demonstrēja savas jaunākās augstākās klases peles un tastatūras, savukārt Anker, eufy un soundcore koncentrējās uz savienotajām ierīcēm. Parādījās pat dažas intriģējošas ierīces, piemēram, Plaud Notepin S — neliela piezīmju veikšanas ierīce, ko darbina mākslīgais intelekts.
Kam mūsdienās tiek izmantoti superdatori: no COVID līdz gaisa kvalitātei
Superdatorus gandrīz vienmēr izmanto progresīviem pētījumiem jomās, kurās parastam datoram aprēķinu veikšanai burtiski būtu nepieciešams mūžība. To klasiskie pielietojumi ietver meteoroloģiju un klimatu , zemestrīču simulāciju, pētījumus astrofizikā, ģeofizikā, bioloģijā, medicīnā, zāļu izstrādē un kosmosa inženierijā.
COVID-19 pandēmijas laikā vairāki superdatori tika izmantoti, lai simulētu vīrusu olbaltumvielu uzvedību, pārbaudītu molekulu kombinācijas un paātrinātu zāļu meklēšanu. Masveida simulācijas ļāva pētniekiem atmest neperspektīvas pieejas un koncentrēt savus centienus uz savienojumiem ar visaugstāko veiksmes varbūtību.
Tādi centri kā Barselonas Superdatoru centrs ir parādījuši ļoti konkrētus piemērus: ar sensoru datiem un šķidrumu dinamikas modeļiem tie apmācīja neironu tīklus kontrolēt atkritumu dedzinātavas un uzlabot degvielas patēriņu, samazinot emisijas; vai arī prognozēt gaisa kvalitāti lielās pilsētās ar ievērojamu precizitāti, pamatojoties uz daudzu gadu vēsturiskiem datiem.
Vēl viens spilgts piemērs ir AlphaFold — DeepMind sistēma olbaltumvielu locīšanās prognozēšanai, izmantojot to aminoskābju secību. Šī Nobela prēmijas līmeņa problēma ir guvusi labumu no mākslīgā intelekta, lielo datu un superdatoru sprādzienbīstamas kombinācijas . Ietekme uz biomedicīnu un zāļu izstrādi ir bijusi milzīga, tik liela, ka desmitiem tūkstošu pētnieku visā pasaulē jau katru dienu izmanto tās rezultātus.
Superdatoru izplatītākie lietojumi
- Laika apstākļu un klimata prognozēšana vidējā un ilgtermiņā.
- Zemestrīču, cunami un dabas katastrofu simulācija lai samazinātu bojājumus.
- Lidaparātu, transportlīdzekļu un raķešu projektēšana un testēšana Izmantojot aerodinamiskos modeļus.
- Zāļu atklāšana un dizains un molekulārās mijiedarbības pētījumi.
- Astrofizika un kosmoloģija: galaktiku, zvaigžņu un melno caurumu veidošanās.
- Gaisa kvalitāte un atmosfēras sastāvs reģionos un pilsētās.
- Lielie dati un sociālā simulācija: kultūras evolūcija, iedzīvotāju pārvietošanās, viedās pilsētas.
- Drošība un aizsardzībano kodolieroču simulācijas līdz radaru un sarežģītu sistēmu digitālajiem dvīņiem.
Kur atrodas lielie superdatori un kāda loma tajos ir Spānijai?
Kopš 1993. gada divas reizes gadā Top500 sarakstā tiek apkopoti un novērtēti 500 pasaules jaudīgākie superdatori. Lai gan Ķīna ir līdere šajā sarakstā iekļauto sistēmu skaita ziņā, Amerikas Savienotās Valstis saglabā līderpozīcijas kopējās jaudas ziņā , īpaši ar tādām iekārtām kā Frontier.
Starp pašreizējiem gigantiem ir Fugaku Japānā, kas gadiem ilgi bija līderis; Summit un Sierra Amerikas Savienotajās Valstīs; un Sunway TaihuLight un Tianhe-2A Ķīnā, kas arī savulaik ieņēma vadošo vietu. Itālijā atrodas tādas sistēmas kā HPC5 un Marconi-100 , bet Šveicē atrodas Piz Daint , kas ilggadējs līderis Eiropā.
Spānijā etalons ir MareNostrum Barselonas Superdatoru centrā. Kopš tās pirmās versijas 2004. gadā ar aptuveni 42,4 teraFLOPS, tā ir paplašināta līdz pašreizējai MareNostrum 4 ar aptuveni 13,7 petaFLOPS . Nākamās paaudzes MareNostrum 5 būs vairāku pakāpju lēciens jaudas un enerģijas patēriņa ziņā un ir daļa no Eiropas stratēģijas eksaskala infrastruktūras attīstībai.
Īpaši svarīgs tīkls ir Spānijas Superdatoru tīkls (RES) , kas apvieno centrus un iekārtas, kas izvietotas dažādās autonomajās kopienās, un sniedz pakalpojumus pētniekiem visā valstī. Balstoties uz šo pamatu, ir izveidots arī Ibērijas-Amerikas Superdatoru tīkls , kas savieno resursus no tādām valstīm kā Meksika un citiem Latīņamerikas partneriem kopīgiem projektiem.
Reģionālā līmenī izceļas tādas iekārtas kā Malagas Universitātes Picasso superdators ar aptuveni 40 000 skaitļošanas kodoliem un 180 TB RAM. Picasso apkalpo gan pašas universitātes pētniekus, gan Andalūzijas lietotājus, izmantojot Andalūzijas bioinformātikas platformu, kā arī zinātniekus no visas Spānijas, izmantojot RES (Spānijas bioinformātikas tīklu).
Šīs sistēmas gandrīz vienmēr darbojas uz Linux vai tā atvasinājumiem, pateicoties to atvērtā pirmkoda būtībai, stabilitātei un zemajam resursu patēriņam salīdzinājumā ar citām komerciālām operētājsistēmām. Uz šī pamata ir izveidota specializēta un pilnveidota zinātnisko rīku, programmēšanas vides un mākslīgā intelekta bibliotēku ekosistēma.
Atsauces centri: Barselonas Superdatoru centrs un Eiropas sacensība par savu aparatūru
Barselonas Superdatoru centrs (BSC) ir viens no Eiropas vadošajiem spēlētājiem superdatoru un datoru arhitektūras pētniecībā. BSC, ko gadu desmitiem vadīja Mateo Valero, ir izaudzis no viena superdatora pārvaldības līdz centram ar vairāk nekā tūkstoš cilvēkiem no vairāk nekā 50 valstīm, kas ir organizēts Datorzinātņu, Dzīvības zinātņu, Zemes zinātņu un Sociālo pielietojumu nodaļās.
Viena no BSC atšķirīgajām iezīmēm ir tā, ka tas ne tikai apkalpo mašīnas, bet arī izstrādā savu programmatūru, algoritmus un pat procesorus . Jau gadiem ilgi tas ir iesaistījies tādos Eiropas projektos kā EuroHPC un tādās iniciatīvās kā Eiropas procesoru iniciatīva (EPI), kā arī Eiropas mikroshēmās, kuru pamatā ir atvērtas arhitektūras, piemēram, RISC-V , lai samazinātu Eiropas atkarību no Amerikas un Āzijas ražotājiem.
Sadarbībā ar citiem partneriem BSC ir veicinājis vektoru procesoru prototipu , ARM un RISC-V platformu un veselas dizainu saimes izstrādi ar tādiem nosaukumiem kā Turtle, Lizard un Chameleon , kuru sarežģītība ar katru paaudzi ir augusi. Mērķis ir vidējā termiņā izveidot mikroshēmas, kas spētu darbināt “MareNostrum 6” superdatorus ar Eiropā izstrādātu kritisko skaitļošanas tehnoloģiju.
Šīs pūles ir ietvertas neērtā realitātē: Eiropa agrāk izstrādāja daļu no ARM arhitektūras, taču ARM pārdošana uzņēmumiem ārpus Eiropas un lielu savu rūpnīcu trūkums ir novedis kontinentu nestabilā situācijā . Lai gan dažas iniciatīvas, piemēram, Amerikas Savienotās Valstis garantē TSMC moderno ražošanu Arizonā vai mikroshēmu rūpnīcas, kuras Vācija un Francija piesaista ar ievērojamām valsts subsīdijām, notiek Spānijā, Spānija saskaras ar izaicinājumu apvienot dizainu, ražošanu un rūpniecisko ekosistēmu ar salīdzinoši mazākiem resursiem.
Šajā kontekstā Spānijas stratēģija ietver tādu centru kā BSC konsolidāciju, tādu tīklu kā RES veicināšanu, atvērto mikroshēmu projektu atbalstīšanu un ļoti pieprasītu datoru arhitektūras un mākslīgā intelekta speciālistu apmācību. Nav nejaušība, ka, kā atzīst pašu centru direktori, doktoranti, kas specializējas šajās jomās, saņem piedāvājumus no privātā sektora ar algām, kuras ir grūti saskaņot ar akadēmiskajām aprindām, apgrūtinot talantu noturēšanu.
Tikmēr citas Spānijas universitātes stiprina savu infrastruktūru, ko apliecina Pikaso institūts Malagā un visā valstī izvietotie RES mezgli. Daudzos gadījumos šīs sistēmas kalpo daļiņu fizikas , klimata pārmaiņu pētījumu, inženierzinātņu, bioinformātikas un viedpilsētu projektiem, pierādot, ka superdatoru izmantošana vairs nav greznība, kas paredzēta tikai dažām izredzētām laboratorijām.
Raugoties plašākā mērogā, ir diezgan skaidrs, ka superdatori no laboratorijas kurioza ir kļuvuši par kritiski svarīgu infrastruktūru klimata, veselības, drošības, ekonomikas un pat pilsētu, transportlīdzekļu un farmācijas produktu projektēšanā. Vienlaikus mākslīgā intelekta lēciens no laboratorijas uz ražošanu un digitālo dvīņu parādīšanās daļu no šīs jaudas nodrošina specializētiem serveriem un pat inženieru un zinātnieku galddatoriem, radot scenāriju, kurā superdatori, tālu no izzušanas, arvien vairāk integrējas mūsu ikdienas dzīvē, pat ja mēs tos bieži neredzam.
