В ходе расширенного заседания правительства на этой неделе Президент Касым-Жомарт Токаев заявил, что Казахстан приступает к созданию высокопроизводительного суперкомпьютера. Что такое суперкомпьютер, для чего он нужен и чем отличается от обычного, выяснила корреспондент Tengrinews.kz.
Что такое суперкомпьютер
Суперкомпьютер – это высокопроизводительная вычислительная машина, способная решать задачи, которые требуют обработки огромного объема данных и выполнения значительного количества вычислительных операций. Суперкомпьютер может выполнять триллионы, а иногда и квадриллионы (число с 15 нулями) вычислительных операций.
Как сообщила руководитель направления ситуационно-аналитического комплекса управления делами Президента Айгерим Каиржанова, отличие суперкомпьютера от обычного в том, что у последнего только один процессор, число ядер которого не превышает и 32-х. У среднестатистического суперкомпьютера — тысячи, а то и миллионы ядер.
«В этом и есть основное отличие суперкомпьютеров от обычных компьютеров — в их способности выполнять множество параллельных операций. И их прикладное предназначение — это решение сложных научных, технических, исследовательских задач, которым требуется большая мощность», — рассказала Каиржанова корреспонденту Tengrinews.kz.
Какие задачи выполняет суперкомпьютер
Возможности суперкомпьютера разнообразны. Его мощности хватает и на моделирование сложных конструкций, и на прогнозирование важных событий. В частности, суперкомпьютер выполняет следующие задачи:
моделирует погодные условия и климатические изменения;
прогнозирует эпидемии и осуществляет молекулярное моделирование в биологии и медицине;
делает расчеты в области физики высоких энергий и ядерной физики;
моделирует процессы в астрофизике и космологии;
проектирует самолеты, автомобили и космические корабли;
анализирует Big data (большие данные) и криптографические расчеты;
проводит исследования и разработки в области искусственного интеллекта (ИИ);
разрабатывает новые материалы с заданными свойствами и исследует их;
моделирует процессы добычи и обработки полезных ископаемых.
Изображение сгенерировано нейросетью Midjourney
Это только часть задач, которые способен выполнять суперкомпьютер. Основной показатель его мощности — скорость, которая определяется количеством арифметических операций с плавающей запятой, выполняемых машиной за секунду.
«Единицу для измерения производительности компьютеров обычно называют «флоп». Сейчас уже используют обозначения в петафлопсах, что означает способность выполнять квадриллионы (10 в 15-й степени) операций за секунду. Производители суперкомпьютеров стремятся достичь эксафлопсного уровня производительности (EFLOPS, 10 в 18-й степени операций в секунду)», — объяснила Айгерим Каиржанова.
Что даст Казахстану создание суперкомпьютера
В Казахстане на базе АО «Национальные информационные технологии» (НИТ) существует data lake — так называемое «озеро данных», куда стекаются данные из более 80 государственных информационных систем, о чем также упоминал Президент на расширенном заседании правительства.
По словам эксперта в области IT, для создания передовых моделей искусственного интеллекта объем этих данных очень маленький. Поэтому необходимо собирать и накапливать обезличенные данные не только с государственного, но и с коммерческого секторов, создавая при этом единую архитектуру систем управления данными.
«Это одна из целей, под которую будет использоваться высокопроизводительный суперкомпьютер. Пока неизвестно, будет ли данный суперкомпьютер открытого доступа. Открытый, то есть коллективный доступ, даст возможность использовать ресурсы суперкомпьютера не только для хранения и обработки накапливаемых с государственных баз данных сведений, но и для проведения широкого круга исследователей из академических и промышленных областей», — рассказала Айгерим Каиржанова.
Она добавила, что в мире, как правило, практикуется именно создание центров коллективного пользования на базе университетов или лабораторий. В этом случае доступ к суперкомпьютеру получает достаточно большое количество заинтересованных в этом организаций.
«В каких сферах это могло бы помочь Казахстану? Я думаю, что, в первую очередь, в таких отраслях, как медицина, оборона, сейсморазведка, космические исследования, безопасность, разработка новых материалов, а также вычислительные мощности осилили бы моделирование и проектирование ядерных реакторов», — отметила представитель управления делами Президента.
Сегодня Казахстан стоит перед значительными задачами в сфере развития суперкомпьютерных технологий. Наша страна только начинает свой путь в этом направлении. Однако наличие мощных вычислительных ресурсов уже является ключевым фактором для стимулирования национальной экономики.
Эксперт подчеркнула, что само по себе внедрение суперкомпьютерных технологий не гарантирует автоматического подъема казахстанской IT-индустрии на новый уровень. Для максимальной эффективности необходимо обеспечить высокий уровень подготовки специалистов. Поэтому важно разрабатывать национальные программы и методики обучения, а также привлекать кадры.
«В Казахстане могут возникнуть трудности, связанные с тем, что невозможно будет полностью максимизировать загрузку имеющихся суперкомпьютеров. Однако этот факт указывает не на ограниченность сфер их потенциального применения, а на нехватку разработанных программных продуктов и четко сформулированных целевых задач, предназначенных специально для этих машин», — пояснила Айгерим Каиржанова.
Для реализации такого проекта, по ее словам, важно не только найти финансирование на приобретение суперкомпьютера, но и обеспечить программное обеспечение, инфраструктуру, системы электроснабжения и охлаждения, а главное – правильно применить такие мощности.
По мнению эксперта, в будущем производительность суперкомпьютеров достигнет еще более высокого уровня. Они уменьшатся в размерах, и энергопотребление станет ниже.
Суперкомпьютеры в других странах
Самый мощный суперкомпьютер под названием Frontier находится в США. Эта страна занимает первую строчку в рейтинге проекта TOP-500, который собирает данные о самых мощных суперкомпьютерах в мире.
Согласно информации на ноябрь 2023 года, по количеству суперкомпьютеров страны распределяются следующим образом:
США — 161;
Китай — 104;
Германия — 36;
Япония — 32;
Франция — 23;
Великобритания — 15;
Италия — 12;
Южная Корея — 12;
Нидерланды — 10;
Канада — 10;
Бразилия — 9;
Саудовская Аравия — 7;
Россия — 7.
Также дважды в год ресурс top50.supercomputers.ru публикует список 50 самых мощных суперкомпьютеров стран СНГ. Как рассказала Айгерим Каиржанова, Казахстан в последний раз там упоминали в 2017 году, когда суперкомпьютер компании Fujitsu был установлен в Национальной научной лаборатории коллективного пользования информационных и космических технологий КазНТУ имени К.И. Сатпаева.
«При появлении первых суперкомпьютеров многие гадали, что будет, если измерить производительность самого обычного офисного персонального компьютера и суперкомпьютера. Выходила интересная картина: на все те задачи, которые суперкомпьютер решит за 1 год, обычному офисному компьютеру потребуется более 200 тысяч лет», — рассказала эксперт.
Каиржанова привела в пример суперкомпьютер Roadrunner в США, который уже несколько лет занимается моделированием ядерных испытаний. А одна из лабораторий в этой стране с его помощью решила практическую задачу по добыче урана.
В России на суперкомпьютере под названием «Ломоносов» были спроектированы некоторые фильмы («Время первых», «Экипаж», «Елки»). Суперкомпьютеры также успешно справляются с проблемами больших складов и организацией логистики, помогая оптимизировать цепочки поставок.
Айгерим Каиржанова подчеркнула, что многие страны уже инвестируют большие средства в эту сферу, поскольку видят большой потенциал в сверхмощных вычислительных системах. С помощью современных суперкомпьютеров разрабатываются новые лекарства, возросла эффективность систем прогнозирования в метеорологии и так далее. При этом суперкомпьютеры находятся только на начальном этапе своего развития.
Напомним, 7 февраля на расширенном заседании правительства Касым-Жомарт Токаев заявил, что правительство Казахстана сформировало так называемое «озеро» данных, включающее 87 государственных баз. Но для создания передовых моделей искусственного интеллекта этого уже недостаточно, поэтому «мы приступаем к созданию высокопроизводительного суперкомпьютера, который будет доступен не только ученым, но и различным компаниям, работающим на нашем рынке».