Как устроен суперкомпьютер Frontier
Суперкомпьютер — система, которая выполняет триллионы и квадриллионы вычислительных операций в секунду. Это происходит благодаря большому количеству ядер. В суперкомпьютере их могут быть миллионы, а в обычном — не больше 64.
В 2021 году появился первый в мире суперкомпьютер с эксафлопсным показателем мощности — Hewlett Packard Enterprise Frontier, или OLCF-5. Стоимость создания Frontier — около 600 млн долларов. Его производительность достигает 6,88 ExaFlops в смешанной точности в бенчмарке HPL-AI. Это равносильно 68 млн инструкций в секунду для каждого из 86 млрд нейронов мозга.
В Frontier установлено более 9 тыс. центральных 64-ядерных процессоров и 37 тыс. графических процессоров Radeon. Объем памяти — 700 петабит. Скорость чтения данных — 75 ТБ/с, скорость записи — 35 ТБ/с. Элементы системы соединены 56 км кабеля, суперкомпьютер занимает площадь в 680 кв. м. Энергопотребление — около 21 МВт.
Для охлаждения системы используется 6 тыс. галлонов воды в минуту, а насосы работают с мощностью 350 лошадиных сил. Интенсивность подачи жидкости зависит от нагрузок, которые контролируются специальными датчиками.
Для чего используется Frontier
Суперкомпьютеры обрабатывают огромные потоки информации: анализируют, группируют, прогнозируют данные. Они способны проводить сложные и энергоемкие вычисления.
Разработка лекарств. Суперкомпьютер умеет анализировать поведение сложных химических веществ и органических соединений. Это позволяет прогнозировать реакции на точном уровне, что используют для разработки более эффективных лекарств. Любой новый препарат с лучшими показателями экономит огромные ресурсы системе здравоохранения и уменьшает расходы на лечение.
Климатические прогнозы. Суперкомпьютер дает детальные оценки долгосрочных последствий изменения климата и экстремальных погодных условий. Предсказание катастрофических погодных явлений может спасти человеческие жизни. Вычислительная мощность Frontier сокращает долгосрочное моделирование, которое охватывает 30–40 лет, до нескольких недель.
Технологии материалов. Frontier смоделировал систему магниевого сплава, которая состоит из 75 тыс. атомов. Магниевый сплав легкий и прочный, однако чувствителен к дефектам. Из-за них он становится непригодным и трескается. Благодаря Frontier ученым удалось исправить некоторые дефекты. Пока это только начало большого и полезного исследования.
Также Frontier помог определить, что потребуется для образования супералмазов ВС8. Они тверже любого известного материала и существуют только в ядрах гигантских экзопланет. Алмазы нужны не только для красоты, их используют при бурении геотермальных скважин и в качестве полупроводников в ядерных батареях. Суперкомпьютер оценил развитие ситуаций атомного моделирования, изменяя условия более миллиона раз.
Энергетика. Суперкомпьютер может моделировать поведение объектов, которые еще не построены, например, термоядерных реакторов. Вычислительная мощность Frontier позволяет прогнозировать поведение плазмы в таком реакторе. Это способствует развитию термоядерной энергетики и может избавить человечество от дефицита энергии. Кроме того, можно моделировать работу ветряных электростанций, электростанций, электросетей, сжигание ископаемого топлива, ДВС наземных турбин.