Какие глобальные проблемы можно будет решить при помощи будущих суперкомпьютеров?
Привет. Хотя почти семьдесят процентов поверхности Земли покрыты водой, только три процента считаются пригодными для употребления, и большинство из этих запасов находится в плену ледников или полярных ледяных шапок. Сопоставьте нехватку естественной питьевой воды с тревожным осознанием того, что почти миллиард людей по-прежнему не имеют беспрепятственного доступа к чистой воде, и мировые океаны внезапно покажутся не такими уж большими. Действительно, являясь одной из самых распространенных молекул Земли, вода продолжает оставаться серьезной проблемой для многих цивилизаций.
Эта глобальная проблема привела к амбициозной цели - сделать океаны пригодными для питья, но для этого потребуется огромное количество инноваций и мощностей компьютерной обработки. Давайте посмотрим, как следующее поколение суперкомпьютеров (Exascale computing) сможет помочь решить наши проблемы с водой, как и многое другое.
Исследователи полагают, что ответ кроется в углеродных нанотрубках.
Микроскопические цилиндры служат в качестве идеальных фильтров для опреснения: их радиус достаточно широкий, чтобы молекулы воды проскальзывали, но достаточно узкие, чтобы блокировать большие частицы соли. Масштаб, о котором мы говорим, действительно невообразим; ширина одной нанотрубки более чем в 10 000 раз меньше, чем человеческий волос.
Соединив несколько миллиардов этих нанотрубок вместе, можно получить поразительно эффективный аппарат для производства питьевой морской воды. Конечно, найти оптимальную конфигурацию для миллиардов микроскопических цилиндров гораздо проще, чем реально сделать это, и ученые надеются использовать в качестве метода решения проблемы компьютеры следующего поколения (Exascale).
Если исследователи смогут эффективно протестировать вариации нанофильтров, с опциями для указания таких параметров, как ширина, соленость воды, время фильтрации и т.д., прогресс в этом направлении будет идти стремительно. Представьте, что вам нужно вручную запускать эксперименты, манипулируя материалами, требующими возможностей электронного микроскопа. Сложность и неэффективность таких экспериментов очевидны, и быстрый компьютерный анализ становится намного более приемлемым решением.
За последние годы суперкомпьютеры стали более мощными. Последняя многообещающая граница была пересечена в 2008 году, когда самый быстрый суперкомпьютер в мире зафиксировал скорость более четырех квадриллионов вычислений в секунду. В сравнении с примерно 50 миллионами настольных рабочих станций, соединенных друг с другом, машина Exascale сможет совершать несколько квинтиллионнов вычислений в секунду. Для справки она будет превосходить сегодняшний самый быстрый суперкомпьютер Sunway TaihuLight в 8-10 раз.
Усиление exascale-вычислений может быть связано с такими проблемами, как опреснение воды, и инженеры неустанно работают над созданием первой машины такого рода. Фактически, Министерство энергетики США заказало свой собственный проект exascale computing и предоставило гранты шести компаниям, включая HP, IBM, AMD, Intel и NVIDIA, для поддержки исследований и разработок в этом направлении.
Прогресс в таких областях, как квантовая механика, энергия ветра, прогнозирование погоды, и теперь глобальная дистилляция морской воды часто застаивается из-за нехватки вычислительных ресурсов. Даже самые быстрые в мире процессоры не выдерживают при попытке алгоритмически выстроить свой путь через петабайты данных.
Exascale может оказаться необходимым инструментом, чтобы не только производить более дешевый, более эффективный фильтр соленой воды, но и ускорить разработки в других важных областях.
С точки зрения потребителя доступ к машине exascale будет значительно облегчен при помощи облачных технологий. Например, недавно Google анонсировала архитектуру Cloud TPU, которая позволит пользователям получать доступ к 11.5 петафлопсам вычислительной мощности, чтобы ускорить обучение своих алгоритмов машинного обучения. Такие многообещающие достижения показывают, что технологические гиганты могут постоянно модернизировать свои облачные предложения. Если exascale станет стандартом в течение ближайших нескольких лет, любой, у кого есть стабильное интернет-соединение, сможет получить доступ к кластеру Google или AWS.
Вернемся к пресной воде
Исследования показывают, что спрос на пресную воду, как ожидается, опередит ее мировые поставки на почти 40 процентов в 2030 году. Несколько частей мира особенно страдают от ускоряющихся последствий изменения климата, где эти последствия усугубляются другими причинами, такими, как, например, нищета.
При этом exascale машины позволят использовать более длительные и эффективные симуляции, которые помогут достигнуть недельного прогресса в течение считанных минут. При этом, исследователи смогли бы намного раньше внести необходимые коррективы, доработать прототипы и даже получить коммерческую лицензию на производство оборудования.
Список новых возможностей технологии не останавливается на вопросах опреснения - исследования сверхновых, глубокое предсказание погоды и даже моделирование частиц по атомной шкале - это следующие потенциальные цели exascale машин. Следующий шаг в развитии суперкомпьютеров является многообещающим, его потенциальное воздействие впечатляет.
