Přicházejí superpočítače exascale. Změní vědecký výzkum i průmysl

➡️ Více než půl století jsou tu s námi a jejich vývoj jde neustále dopředu. Řeč je o superpočítačích, které lidstvu umožňují mít na dosah dříve nemyslitelná řešení úkolů, které by nevytvořili ani ti nejkreativnější autoři sci-fi seriálů. Superpočítače pomohly simulovat jaderné testy, zmapovat lidský mozek, postavit bezpečnější auta, vytvořit dechberoucí filmovou grafiku a naučit samořídící auta rozpoznat rozdíl mezi popelnicí a dětským kočárkem. A nyní vstupují do nové éry.

Deset let po zavedení prvního systému petascale se v amerických laboratořích instalují první počítače, které jsou schopné pracovat s čísly na úrovni exascale. Co to znamená? Exascale počítač nabídne možnost provádět trilion neboli 10¹⁸ operací v pohyblivé řádové čárce za sekundu (tzv. FLOPS). To je miliarda miliard – tedy 1 000 000 000 000 000 000. Pro lepší představu, galaxie Mléčná dráha má šířku přibližně právě jeden trilion kilometrů. A jeden trilion galonů vody (1 galon = 3,785 litru) proteče Niagarskými vodopády přibližně za 40 let. Početní operace, které zvládne superpočítač exascale provést za jednu sekundu, by úplně všichni lidé na planetě počítali 24 hodin denně po dobu více než čtyř let. Všechna tato čísla jsou ohromující.

„Takový výpočetní výkon lze použít v různých průmyslových odvětvích a vyřešit tak nejrůznější současné i budoucí problémy. Především se zkrátí doba řešení jednotlivých úkolů ze dvou hodin na 10 vteřin, díky čemuž mohou například vědci být u svých objevů a nezdržovat se čekáním na zpracování analýz. Mohou také rychleji zkoušet nové věci a inovovat,“ uvádí Mike Woodacre, technický ředitel obchodní jednotky High Performance Computing/Mission Critical Solutions ve společnosti Hewlett Packard Enterprise (HPE).

Budoucnost pro vědu, výzkum i průmysl

Superpočítače totiž již dnes pomáhají především ve výzkumu na univerzitách a ve velkých laboratořích a zajišťují také každodenní provoz různých aplikací v soukromém sektoru. Vysoce výkonné počítače dobře zvládají velké pracovní zatížení při poskytování služeb v reálném čase i v dalších odvětvích, jako je těžba ropy, finance nebo personalizovaná online reklama.

S nástupem umělé inteligence (AI) dostávají superpočítače další rozměr. Jednotlivá průmyslová odvětví postupně AI stále více začleňují, shromažďují obrovské množství dat, se kterými učí systémy pracovat. Spojení high performance computingu (HPC) a AI umožňuje vytvořit větší, lepší a přesnější modely. A to jak v oblasti poznávání vesmíru, při vývoji nových léků na vzácná onemocnění, tak i při předpovídání cesty hurikánů nebo vlivu klimatických změn na planetu. Využívání exascale počítačů tak povede společnosti k tomu, že začnou hledat odpovědi na další, dosud nezodpovězené otázky.

Exascale počítače budou pomáhat v laboratořích, kde se testují nové léky. Tyto stroje mají až tisíckrát větší výkon než petascale počítače, a proto mohou zkrátit dobu zpracování z týdnů na dny a ze dnů na minuty. Mohou připojit a kombinovat vstupy z více zdrojů, vytvářet výkonnější modely a spouštět častější simulace, aby výzkumníci viděli, co funguje nejlépe. Namísto několikatýdenního čekání na zpětnou vazbu mohou týmy vědců během několika málo hodin s jistotou určit, zda se potenciální farmaceutickou sloučeninu vyplatí dále sledovat.

Superpočítače přispěly už k poznání viru covid-19

Právě superpočítače pomohly týmu výzkumníků ze tří amerických univerzit zodpovědět řadu otázek týkajících se nemoci covid-19: Jaká je 3D struktura viru covid-19? Jaký je rozdíl mezi SARS-COV-2 a jinými koronaviry? Lze virus léčit přírodními produkty? Co jiného by se dalo použít k léčbě a prevenci nemoci? A co dělat proti nakažlivější variantě?

Velké množství dostupného materiálu o nemoci covid-19 představovalo pro výzkumníky obrovskou výzvu. Existují miliony známých proteinů, které lze modelovat proti kritickému nárůstu covidu-19, více než 30 terabajtů nashromážděných lékařských dat, miliony publikací, které by mohly být klíčem k objevům, a více než 150 miliard lékařských faktů dostupných pro analýzu. Takové množství informací by lidé nemohli nikdy obsáhnout, modelování proteinových struktur a lékových interakcí s jedinou cílovou molekulou může trvat měsíce. Superpočítač zvládl vyhodnocení molekul během několika sekund a umožnil rychle v projektu pokročit dál. Počítače z kategorie exascale umožní vědcům získat průlomové znalosti ještě rychleji, ale to je jen začátek. Díky možnosti rychleji zpracovat potřebné modely mohou exascale počítače začít měnit i samotný způsob toho, jak se věda dělá.

Větší výkon totiž znamená více inovativních řešení napříč průmyslovými odvětvími. Ve finančních službách platí, že čas jsou peníze. Exascale superpočítače mohou dostatečně snížit dobu odezvy (latenci) a tím nabídnout výhodu v obchodních transakcích. Ve výrobě mohou vysoce výkonné systémy zase určit, zda nový 3D tiskový materiál odolá každodenním výkyvům teplot a tlaku. Lodní doprava si může pomocí počítačů exascale vybírat, kterou cestou se má náklad vydat na základě teploty vody, směru větru, politických faktorů i nákladů za přepravu.

S každou novou generací vysoce výkonných počítačů je stále těžší je navrhnout. I tak ale exascale počítače nejsou konečným milníkem. Poptávka po vysoce výkonných superpočítačích stoupá a s tím roste i zájem o aplikace řízené umělou inteligencí.