10 Pemain Utama di Superkomputer

Manusia selalu memiliki sesuatu untuk membangun besar. Sejarah dipenuhi dengan sisa-sisa Tembok Besar, piramida, dan coliseum, masing-masing mendorong para insinyur untuk membayangkan langkah besar berikutnya. Sekarang kami memiliki bangunan seperti Burj Khalifa, dengan ketinggian yang menjulang setinggi 2.716,5 kaki atau 828 meter, sebagai bukti sifat kompetitif kami -- dan kreatif -- kami. Dan tidak peduli seberapa tinggi kita melangkah, selalu ada beberapa arsitek yang diam-diam menyusun rencana untuk hal besar berikutnya.

Hal yang sama berlaku untuk dunia komputasi , kecuali lebih tinggi sama dengan lebih kecil dan lebih dingin berarti lebih cepat. Industri ini membuat laju pembangunan gedung-gedung tertinggi di dunia tampak benar-benar glasial. Berkat daftar superkomputer Top500 dua tahunan yang disusun dengan susah payah oleh Hans Meuer, Erich Strohmaier, Horst Simon dan Jack Dongarra, kita dapat melihat seberapa cepat industri bergerak maju. Tiga besar pada tahun 2012 akan beruntung untuk menempati salah satu dari 20 tempat teratas dalam dua tahun.

Kekuatan pemrosesan di superkomputer (atau komputer berperforma tinggi, bagi mereka yang menunjukkan bahwa "super" adalah istilah relatif) dinilai dalam FLOPS , kependekan dari operasi titik-mengambang per detik . Operasi floating-point pada dasarnya adalah perhitungan menggunakan bilangan pecahan, jadi flop adalah pengukuran berapa banyak yang dapat dilakukan per detik. Superkomputer teratas diukur dalam petaflops (1.000.000.000.000.000, atau 1 kuadriliun, flop). Sistem pertama yang memecahkan penghalang 10-petaflop adalah K Computer Jepang pada awal 2012. Pada musim panas itu, Sequoia di Laboratorium Nasional Lawrence Livermore berjalan lebih cepat. Ya, persaingan bergerak begitu cepat.

Meskipun kursi teratas terus berubah, lokasi superkomputer utama biasanya adalah Amerika Serikat, Jepang, dan Eropa. China juga telah meledak ke panggung, dengan ambisi besar untuk menjadi seorang pemimpin. Pada artikel ini, kita akan mampir ke 10 situs yang meledakkan atap superkomputer. Mereka membuat daftar karena kombinasi dua alasan: jumlah total petaflops dan dampaknya terhadap dunia superkomputer. Sebagian besar adalah pemimpin lama, tetapi Anda juga akan melihat beberapa pendatang baru di lapangan yang telah mengguncang pendirian. Yang pertama adalah badan antariksa.

1. Divisi Superkomputer Lanjutan NASA (AS)
2. Pusat Superkomputer Nasional di Shenzhen (Cina)
3. Pusat Komputer Super Jülich (Jerman)
4. Bioskop (Italia)
5. Laboratorium Nasional Oak Ridge (AS)
6. Pusat Superkomputer Nasional di Tianjin (Cina)
7. Leibniz-Rechenzentrum (Jerman)
8. Laboratorium Nasional Argonne (AS)
9. Riken (Jepang)
10. Laboratorium Nasional Lawrence Livermore (AS)

Tahukah Anda apa yang benar-benar mampu dilakukan oleh salah satu keajaiban teknologi ini? Divisi Advanced Supercomputing (NAS) NASA di Ames Research Center dengan senang hati menjelaskan. Bagaimanapun, Pleiades adalah superkomputer di balik beberapa proyek komputasi luar angkasa yang paling keren.

Para astronom di Pusat Operasi Sains Kepler NASA menggunakan Pleiades untuk mencari gambar galaksi untuk planet mirip Bumi lainnya. Berkat Pleiades, tim menemukan sebuah planet yang mengorbit dua bintang, yang disebut planet circumbinary , pada tahun 2011. Beberapa bulan kemudian, mereka menemukan lebih banyak planet multibintang , membentuk kelas sistem planet yang sama sekali baru [sumber: Dunbar ].

Dan ketika Pleiades tidak sibuk menemukan sistem bintang baru atau mengungkapkan kekuatan yang membuat badai bekerja, ia menjalankan simulasi untuk memahami bagaimana galaksi terbentuk setelah big bang. Ya, sistem SGI dapat menjalankan matematika yang diperlukan untuk menghitung seluruh galaksi, berkat kinerja 1,24-petaflop-nya [sumber: Dunbar ].

Lihat anak-anak, begitulah cara Anda menghitung. Ini semua tentang berpikir besar -- terkadang besar secara astronomis.

Sementara orang-orang yang bekerja dengan komputer berperforma tinggi akan cenderung mengatakan bahwa mesin itu ada untuk memajukan ilmu pengetahuan, faktanya tetap bahwa menjadi pemain di bidang superkomputer menawarkan tingkat status tertentu ke negara tuan rumah. Tidak ada program nasional lain yang menunjukkan hal ini lebih baik dari Cina .

Seperti hampir semua hal lain yang besar di China saat ini, jika Anda memutar kalender beberapa tahun ke belakang, Anda tidak akan menemukan jejak Pusat Superkomputer Nasional di Shenzhen. Bersama dengan fasilitas saudaranya di Tianjin (lihat No. 5), komputer Nebulae Shenzhen meledak ke tempat kejadian pada tahun 2010 di tempat No. 2 tanpa sejarah sebelumnya di lapangan. Kedatangan tiba-tiba komputer 1,27 petaflop di Cina adalah pengubah permainan untuk laboratorium yang sudah lama berdiri di bagian lain dunia. Pada awal 2000-an, Cina ingin menjadi kekuatan dominan di bidang ini, dan sekitar satu dekade kemudian mereka secara efektif berubah dari nol menjadi pahlawan.

Nebula (dibuat oleh vendor China Dawning) bisa dibilang belum banyak berkembang sejak debutnya. Pendanaan memikul bagian dari kesalahan. Karena pemerintah daerah menanggung sebagian besar tagihan untuk komputer (yang menelan biaya lebih dari $1 miliar), mereka mendapat suara besar di proyek mana yang akan dikerjakan Nebula. Sistem ini awalnya dimaksudkan untuk menyelesaikan perhitungan untuk astrofisikawan, tetapi sebenarnya telah menghabiskan sebagian besar waktunya untuk mengembangkan proyek ekonomi lokal seperti kemajuan industri kedirgantaraan, prakiraan cuaca yang lebih baik, dan bahkan mengembangkan film animasi [sumber: Davis ]. Ini adalah pekerjaan yang merendahkan untuk salah satu superkomputer top dunia – seperti mempekerjakan Stephen Hawking sebagai staf peneliti tetapi membuatnya mengajari anak remaja Anda dalam aljabar.

Dalam hal superkomputer , Jülich Supercomputing Center beroperasi dengan prinsip yang sama “tidak ada pekerjaan yang terlalu besar atau terlalu kecil” seperti yang dilakukan oleh setiap tukang di buku telepon. Pada bulan Juni 2012, pusat tersebut membuat daftar Top500 di No. 8 dengan JuQueen , IBM Blue Gene/Q 1,38-petaflop- nya (Anda akan melihat banyak sistem superkomputer Blue Gene dalam daftar ini). Ini melengkapi JuGene, Blue Gene/P (menerima upgrade pada tahun 2009 untuk menjadikannya komputer petaflop pertama di Eropa), dan JuRopa, sistem berbasis Sun.

Dengan semua kekuatan itu, Jülich telah menjadi pusat simulasi komputasi dan penelitian untuk banyak disiplin ilmu yang menarik: sistem kuantum, ilmu iklim, fisika plasma, biologi, sistem molekuler, serta pemodelan dan algoritme matematika .

Sebut saja stereotip, tetapi orang Jerman gila efisiensi. Mereka -- seperti orang Cina -- telah mulai memasukkan unit pemrosesan grafis (GPU) ke dalam sistem mereka untuk mencapai kecepatan komputasi yang lebih tinggi dengan menggunakan lebih sedikit energi. Tujuannya adalah untuk akhirnya melewati garis exascale ajaib itu (lihat bilah sisi). Masa depan superkomputer mungkin tidak sejauh yang kita pikirkan.

Exascale: Lompatan Raksasa Berikutnya

Pakar komputer China -- dan produsen lain -- sudah membicarakan tentang mencapai tingkat pemrosesan exascale, yang pada dasarnya adalah peningkatan seribu kali lipat di atas petascale. Konsumsi listrik, bagaimanapun, adalah rintangan tertinggi. Satu komputer exascale akan membutuhkan sekitar satu listrik senilai Bendungan Hoover untuk menyalakannya [sumber: Hsu ].

Selama bertahun-tahun, Italia telah terlibat dalam superkomputer , tetapi baru belakangan ini muncul sebagai pemain utama di lapangan. Itu berutang yang baru ditemukan berdiri sebagian ke Cineca High-Performance Computing Center, sebuah konsorsium akademik lebih dari 50 universitas Italia. Sejak orang-orang memeringkat superkomputer top dunia , Cineca telah menduduki tempat, biasanya di suatu tempat di dekat bagian tengah [sumber: Top500 ]. Namun, pada Juni 2012, center ini masuk ke 10 besar untuk pertama kalinya dengan FERMI , sistem IBM Blue Gene/Q 1,72-petaflop yang sebenarnya merupakan yang terbaru dalam rangkaian panjang produk IBM dan Cray dalam sejarah Cineca.

Dengan dana yang cukup dalam, banyak organisasi dapat menjadi bagian dari elit superkomputer, tetapi Cineca masuk ke artikel ini karena dua alasan: Pertama, Cineca selalu mempertahankan serangkaian komputer yang agresif, dan kedua, menjadi kekuatan pemersatu di dunia internasional. komputasi

Dimulai pada September 2012, iCORDI adalah forum internasional antara lembaga komputasi UE dan AS. Tujuannya adalah untuk mengembangkan struktur data universal antara dua kelompok yang akan membuat berbagi informasi dan penelitian lebih rapi dan mudah. Cineca telah memposisikan dirinya sebagai pemimpin dalam ilmu bumi padat, yang mencakup segalanya mulai dari tektonik hingga suhu laut. Dengan peran baru dan komputer yang lebih kuat, Italia tampaknya tidak akan mengatakan ciao ke panggung internasional dalam waktu dekat.

Saya Baru Bertemu Superkomputer Bernama Blue Gene

Semua permintaan maaf kepada David Bowie selain, ingat bagaimana IBM Deep Blue mengalahkan grand poobah catur Garry Kasparov? Superkomputer itu hanyalah salah satu dari beberapa sistem "biru" yang telah dikerjakan oleh Big Blue. Inkarnasi yang lebih baru termasuk Blue Gene/L, Blue Gene/P dan Blue Gene/Q, yang terakhir dinobatkan sebagai superkomputer tercepat di dunia pada Juni 2012. Itu bukanlah gelar yang dimiliki oleh komputer berperforma tinggi mana pun. lama sekalipun.

Pernahkah Anda memiliki salah satu teman yang kembali ke dealer saat bau mobil baru hilang dari kendaraan terakhirnya? Itu cukup dekat dengan apa yang terlihat seperti peringkat Laboratorium Nasional Oak Ridge (ORNL); Anda dapat sepenuhnya berharap bahwa sistem baru yang panas saat ini akan ditingkatkan atau diganti dengan model baru dalam beberapa tahun.

Selain omset yang agresif, fakta menarik lainnya tentang ORNL adalah penggunaan sistem buatan Cray (akhir-akhir ini, banyak pemain top AS menjalankan sistem Blue Gene buatan IBM). Pada tahun 2012, sistem Jaguar XT5-nya ditingkatkan ke sistem XK6 Titan yang baru. Perubahan nama yang mewah itu akan membantu sistem melompat dari 1,94 petaflops ke suatu tempat antara 10 dan 20 petaflops , yang dapat menempatkannya di dekat peringkat teratas dunia.

Titan menggunakan kombinasi CPU oleh AMD dan GPU oleh NVIDIA untuk melakukan penelitian untuk Departemen Energi AS, termasuk mempelajari efek perpanjangan siklus hidup pembangkit listrik tenaga nuklir, kelangsungan hidup biofuel baru , dinamika populasi, pengembangan teknologi surya dan pemodelan perubahan iklim. Ketika pabrik Fukushima Daiichi Jepang rusak akibat gempa bumi dan tsunami tahun 2011, peneliti ORNL menghabiskan waktu berjam-jam untuk mensimulasikan beberapa skenario darurat di pembangkit nuklir [sumber: Munger ].

Membangun Bom

ORNL dimulai sebagai Clinton Engineering Works, bagian dari Proyek Manhattan yang membangun senjata atom paling awal selama Perang Dunia II. Dalam beberapa tahun, tanah di ORNL telah diubah dari pertanian pedesaan di Appalachian Tennessee menjadi kota rahasia para insinyur dan pekerja.

Pada tahun 2001, Cina tidak memegang satu tempat pun dalam daftar 500 Teratas; hari ini mereka berada di urutan kedua dalam jumlah fasilitas setelah Amerika Serikat. Dan mereka membawa pulang poin ambisius mereka dengan menyalakan sistem di National Supercomputing Center di Tianjin (dekat Beijing).

Komputer Tianhe-1A mencapai hampir 2,56 petaflops , dan meluncurkan National Supercomputing Center ke puncak daftar internasional pada awal 2010. Itu adalah entri pertama pusat tersebut dalam daftar. Komunitas internasional tidak dapat mengabaikan jenis masuk ke pasar - ini sering disebut momen Sputnik superkomputer China .

Sayangnya, Tianhe-1A selalu dipandang dengan tingkat kritik tertentu. Riasannya melibatkan kombinasi CPU dan GPU (unit pemrosesan grafis) untuk mencapai kecepatannya. GPU menawarkan cara hemat energi untuk menambahkan kekuatan pemrosesan yang signifikan ke superkomputer. Masalahnya adalah tidak banyak perangkat lunak China untuk komputasi kinerja tinggi yang kompatibel dengan sistem berbasis GPU. Para pencela Tianhe-1A suka menyebutnya mesin game terbesar dan paling buruk di panggung internasional. Ilmuwan Cina melawan argumen itu dengan menunjukkan fakta bahwa Tianhe-1A digunakan untuk penelitian nyata, khususnya di bidang energi dan eksplorasi mineral [sumber: Lim ].

Faktanya tetap bahwa Tianhe-1A adalah perebutan gelar dunia yang cukup jelas dan sukses, tetapi juga menyangkal status pendatang baru China dalam superkomputer dan menunjukkan area yang masih perlu dikembangkan. Mengingat komitmen negara untuk memimpin di bidang ini, tidak akan lama sebelum bug akan diselesaikan dari inisiatif komputasinya.

Bayangkan bersekolah di universitas yang menyimpan superkomputer 2,89 petaflop . Oh, sesi Warcraft yang akan Anda miliki! Serius, Leibniz Computing Center menonjol karena beberapa alasan: Pertama, ini adalah komputer berkinerja tinggi tercepat di Eropa pada September 2012. Juga, ini adalah sistem tercepat dalam daftar ini yang dijalankan oleh institusi akademik, Bayerische Akademie der Wissenschaften, dekat Munich.

Sistem IBM yang kompatibel dengan Intel dijuluki SuperMUC , yang memulai debutnya di daftar Top500 di No. 4 pada Juni 2012, terlihat digunakan dalam banyak disiplin ilmu -- tidak seperti komputer di Argonne dan Lawrence Livermore yang memiliki bidang penelitian yang lebih kaku. Dinamika fluida dan aerodinamika mobil adalah beberapa tes awal yang dihitung di mesin Leibniz, dan sistem ini juga membuat kemajuan dalam pemodelan gempa bumi .

Apa yang mungkin paling mengesankan adalah penggunaan superkomputer oleh Leibniz untuk pendidikan. Di mana fasilitas lain tampaknya menjauhkan tangan kotor semua orang dari komputer mereka, Leibniz memiliki pendekatan yang lebih terbuka yang membuat akses untuk belajar tentang komputasi kinerja tinggi tampak lebih mudah diakses [sumber: Jülich ].

Peduli dengan Penemuan

Anda akan berpikir bahwa Large Hadron Collider Eropa akan dilengkapi dengan salah satu superkomputer paling kuat di dunia, tetapi sebenarnya tidak. Organisasi Riset Nuklir Eropa (CERN) mengandalkan komputasi grid -- menggunakan satu komputer utama untuk memanfaatkan komputer di situs lain untuk membantu menjalankan angka -- untuk menyelesaikan pekerjaan. Sistem CERN masuk dalam daftar 500 Teratas pada tahun 2007 tetapi akhirnya tidak berlaku lagi [sumber: Hämmerle and Crémel ].

Peringatan spoiler! Dua dari tiga tempat teratas dalam daftar ini berasal dari Departemen Energi Amerika Serikat (DOE). Para peneliti di tempat No. 1 hampir meledakkan program nuklir AS, sementara kru di Argonne National Laboratory diam-diam mengerjakan eksperimen sainsnya. semacam.

Argonne adalah laboratorium komputer sains dan teknik nasional pertama di Amerika Serikat, dibuka pada tahun 1946 dan menggunakan komputer pertamanya pada tahun 1953. Begitu banyak kemajuan teknologi besar abad terakhir yang datang melalui laboratorium Argonne, termasuk teknologi reaktor nuklir , teknologi kapal selam nuklir dan penelitian tentang partikel subatom.

Pada tahun 2012, 8,16 petaflops kekuatan superkomputer Argonne digunakan untuk memajukan berbagai bidang penelitian ilmiah, mulai dari biosains hingga penelitian transportasi dan iklim. Ingin mengetahui apakah jembatan gantung yang diusulkan kota Anda akan runtuh saat angin kencang? Orang-orang Argonne dapat mensimulasikan semua kekuatan yang terlibat. Setelah itu, mereka dapat memberi Anda data prediksi perubahan iklim terbaru.

Bagian hebat lainnya dari program komputasi Argonne ? Ini terbuka untuk banyak peneliti di luar DOE. Para peneliti mengajukan permohonan waktu pada sistem Argonne, dan mereka diberikan sejumlah jam tertentu pada sistem tersebut. Anggap saja sebagai bentuk yang sangat tinggi untuk membantu suatu negara dengan pekerjaan rumah sainsnya.

No. 1 adalah tempat yang sulit untuk dipertahankan dalam game superkomputer , seperti yang disaksikan oleh K Computer di Riken Advanced Institute for Computational Science Jepang. Pada pertengahan tahun 2011, mesin buatan Fujitsu mulai beroperasi, dan pada akhir tahun pemasangannya selesai; itu baru saja menjadi komputer pertama yang melampaui penghalang 10-petaflop [sumber: Metz ]. K Computer meraih posisi teratas dalam daftar dunia pada Januari 2012. Namun sebelum botol sake menjadi dingin, komputer No. 1 baru di dunia telah dipasang.

Itu tidak berarti melawan kekuatan K Computer. Ini adalah sistem komputer yang sangat kuat yang mampu melakukan penelitian yang mencengangkan. Sebagian besar pekerjaannya akan terkait dengan kemajuan medis. Misalnya, tim peneliti Riken menggunakan simulasi komputer untuk mempelajari dan memprediksi proses biologis dalam tubuh manusia pada tingkat molekuler, genetik, seluler, dan organ.

Akhirnya, satu pelajaran lain tentang kompetisi internasional yang dapat diambil dari K Computer adalah berkaitan dengan Cina seperti halnya dengan Jepang. Orang Jepang telah menjadi pemimpin dalam superkomputer untuk waktu yang lama, tetapi seperti semua yang ada di Asia, tekanan dari China yang meningkat secara teknologi mendorong semua orang untuk bekerja lebih keras. Jepang tidak merahasiakan niatnya untuk tetap di atas.

Ini adalah kakek dan mama besar superkomputer AS yang semuanya terbungkus menjadi satu. Laboratorium Nasional Lawrence Livermore dimulai sebagai fasilitas pengujian teknologi nuklir di luar wilayah Teluk San Francisco pada tahun 1952. Saat itulah para peneliti menggunakan rumah sakit Angkatan Laut tua untuk menampung komputer pertama fasilitas tersebut. Sejak mesin pertama dipasang, Livermore Lab telah menjadi salah satu elit komputasi dunia. Memang, ponsel cerdas pertama Anda mungkin memiliki kecepatan pemrosesan lebih dari komputer pertama itu, tetapi mesin Livermore selalu menjadi inti program nuklir Amerika.

Selama lebih dari 60 tahun, di sinilah Departemen Pertahanan (DoD) AS mempelajari reaksi dan ledakan nuklir. Hari ini, setiap kali DoD mengubah perangkat keras pada persenjataan nuklirnya, ia akan dijalankan melalui simulator di Livermore untuk memastikan sistem akan tetap berfungsi jika digunakan.

Lab tersebut meluncurkan Sequoia pada tahun 2012, monster IBM Blue Gene/Q 16.32-petaflop-nya . Sistem ini konon dapat menghitung semua reaksi dan interaksi dalam ledakan nuklir dalam waktu sekitar satu minggu. Pendahulunya membutuhkan waktu sekitar satu bulan untuk melakukan tugas yang sama. Dan untuk lebih memahaminya, komputer laptop Anda akan membutuhkan waktu sekitar 1.600 tahun untuk melakukan pekerjaan itu [sumber: Derene ].

Kebutuhan akan Kecepatan

Laboratorium Nasional AS, yang mengoperasikan banyak superkomputer top dunia, adalah bagian dari Departemen Energi.

Catatan Penulis: 10 Pemain Utama di Superkomputer

Masuk ke artikel ini, saya benar-benar tidak tahu apa yang diharapkan. Saya takut informasinya akan lebih kering daripada sepotong roti panggang. Tetapi ketika saya meneliti laboratorium yang berbeda, saya kagum dengan berbagai pekerjaan yang digunakan komputer ini -- mulai dari penelitian medis, penelitian luar angkasa, prediksi iklim, dan bahkan animasi. Bravo, superkomputer, dan orang-orang yang menjalankan Anda. Bravo!

Artikel Terkait