Οι υπερυπολογιστές ή supercomputers είναι τεράστια μηχανήματα να εκτελούν τετράκις εκατομμύρια λειτουργίες ανά δευτερόλεπτο. Αλλά τι ακριβώς είναι ένας υπερυπολογιστής και πώς χρησιμοποιούνται;
Είναι εύκολο να ξεχάσουμε πόσο γρήγορα αναπτύσσεται η τεχνολογία. Λίγο περισσότερο από 50 χρόνια πριν, ο άνθρωπος πάτησε για πρώτη φορά το πόδι του στο φεγγάρι χρησιμοποιώντας τεχνολογία που ήταν απίστευτα χαμηλή με τα σημερινά επίπεδα.
Στην πραγματικότητα, το κινητό σας τηλέφωνό είναι ήδη εκατομμύρια φορές πιο ισχυρό από όλη τη συνδυασμένη υπολογιστική ισχύ της NASA που χρησιμοποιήθηκε για την αποστολή του Apollo 11 το 1969.
Τα πράγματα έχουν αλλάξει τόσο γρήγορα που τώρα έχουμε υπερυπολογιστές που μας βοηθούν να κατανοούμε τον κόσμο, να οργανώνουμε δεδομένα και να δουλεύουμε πιο γρήγορα από ποτέ. Ας μάθουμε τι είναι οι υπερυπολογιστές, πόσο ογκώδης είναι και σε τι χρησιμοποιούνται.
Table of Contents
Τι είναι ένας υπερυπολογιστής;
Ένας υπερυπολογιστής εκτελεί την ίδια λειτουργία αποθήκευσης και επεξεργασίας δεδομένων με έναν κανονικό προσωπικό υπολογιστή, αλλά σε μια κλίμακα τόσο μεγάλη που είναι δύσκολο να φανταστεί κανείς. Μέσα σε έναν υπερυπολογιστή υπάρχουν πολλά συμπλέγματα μονάδων επεξεργασίας που βοηθούν στην εκτέλεση λειτουργιών ένα εκατομμύριο φορές πιο γρήγορα από τον μέσο φορητό ή επιτραπέζιο υπολογιστή σας.
Ενώ οι παλαιότεροι υπολογιστές μετριόντουσαν σε IPS (Instructions Per Second = Εντολές Ανά Δευτερόλεπτο), οι υπερυπολογιστές μετριούνται σε FLOPS (FLoating point Operations Per Second = πράξεις κινητής υποδιαστολής ανά δευτερόλεπτο). Όσο μεγαλύτερος είναι αυτός ο αριθμός, τόσο πιο ισχυρός είναι ένας υπερυπολογιστής.
Αυτή την στιγμή ο ταχύτερος υπερυπολογιστής στον κόσμο είναι ο Frontier, που αναπτύχθηκε από την Hewlett Packard Enterprise, και βρίσκεται στο Τενεσί των Ηνωμένων Πολιτειών. Ο υπερυπολογιστής αυτός κόστισε 600 εκατομμύρια δολάρια και κάθε ένα από τα 74 ντουλάπια του ζυγίζει 3.600 κιλά. Ο συνολικός χώρος που καταλαμβάνει είναι 680 τετραγωνικά μέτρα και χρειάζεται ρεύμα 21MW (το σπίτι σας καταναλώνει κατά μέσο όρο 4-6KW).
Το 2022, εκθρόνισε τον ιαπωνικό υπερυπολογιστή Fugaku, ο οποίος προηγουμένως κατείχε τον τίτλο. Το Frontier είναι ο πρώτος υπερυπολογιστής exascale στον κόσμο, πράγμα που σημαίνει ότι μπορεί να υπολογίσει ένα εκατομμύριο υπολογισμούς κινητής υποδιαστολής (ονομάζονται επίσης exaflops ή EFLOPS) ανά δευτερόλεπτο.
Για να προσανατολιστείτε λίγο, το πιο ισχυρό τσιπ M1 Ultra της Apple έχει ταχύτητα περίπου 21 teraflops ή TFLOPS (ένα τρισεκατομμύριο FLOPS). Και ενώ αυτό είναι εντυπωσιακό, θα εκπλαγείτε αν μάθετε ότι ο υπερυπολογιστής Earth Simulator του ιαπωνικού τεχνολογικού γίγαντα NEC Corporation είχε ήδη ταχύτητες περίπου 36 teraflops το 2002!
Σε τι χρησιμεύει ένας υπερυπολογιστής;
Πιστεύουμε ότι έχουμε διαπιστώσει ότι οι υπερυπολογιστές είναι πραγματικά γρήγοροι, ογκώδης και χρειάζονται μεγάλη ηλεκτρική ισχύς για να λειτουργήσουν, αλλά τι κάνουν στην πραγματικότητα; Τι πραγματικό όφελος προσφέρουν; Λοιπόν, οι υπερυπολογιστές μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε οποιοδήποτε τομέα απαιτεί την επεξεργασία μεγάλων ποσοτήτων δεδομένων. Ορίστε μερικά παραδείγματα:
1. Πρόγνωση καιρού
Ίσως η απλούστερη εφαρμογή των υπερυπολογιστών είναι η βελτίωση της ακρίβειας των μετεωρολογικών προβλέψεων. Συλλέγοντας και επεξεργάζοντας περισσότερα δεδομένα καιρού και λαμβάνοντας υπόψη την ακρίβεια των προηγούμενων προβλέψεων, οι υπερυπολογιστές μας βοηθούν να προβλέψουμε τον καιρό με μεγαλύτερη ακρίβεια και ταχύτητα.
Ουσιαστικά δέχονται τα δεδομένα από τους γειτονικούς σταθμούς παρατήρησης του καιρού μέχρι και τους δορυφόρους, έχουν στην μνήμη τους όλα τα προηγούμενα συμβάντα όλων των ετών και έτσι “τρέχουν” πιθανά σενάρια για το πως θα είναι ο καιρός εντός κάποιου χρονικού διαστήματος. Ο υπολογισμός γίνεται για τετράγωνες περιοχές επάνω στο χάρτη της Γης και γιαυτό θα δείτε σε μία πρόγνωση ποιο σενάριο χρησιμοποιήθηκε και σε πόσο μικρό τετράγωνο.
Π.χ. Αν δείτε το GFS 13Km, σημαίνει ότι χρησιμοποιήθηκε το σύστημα πρόγνωσης καιρού (σενάριο πιθανοτήτων βάση προηγούμενων ενδείξεων) GFS με ακρίβεια 13Χ13 χιλιόμετρα. Όσο πιο μικρό είναι το νούμερο τόσο πιο μεγαλύτερη ακρίβεια έχουμε, τόσο περισσότεροι οι υπολογισμοί. Και από συστήματα καιρού υπάρχουν αρκετά (GFS, WG, WRF, Zephr-HD, ICON, HIRLAM, GDPS, ECMWF κλπ).
Γιατί τόσα πολλά? Γιατί η πρόγνωση καιρού είναι υποθετική εργασία, μία μοντελοποίηση και βασίζεται στις πιθανότητες. Και απαιτεί πολλούς, πάρα πολλούς υπολογισμούς μέχρι να καταλήξει σε ένα “ασφαλές” συμπέρασμα για τον καιρό του επόμενου 24ώρου. Και κάθε σύστημα έχει φτιαχτεί για να εστιάζει στα γεγονότα μίας γεωγραφικής περιοχής (πχ. Βόρεια Αμερική, Δυτική Ευρώπη, Αυστραλία κλπ).
Ως υποπροϊόν, οι υπερυπολογιστές μπορούν επίσης να μας βοηθήσουν να κατανοήσουμε τις επιπτώσεις της κλιματικής αλλαγής και να βρούμε τρόπους για να την επιβραδύνουμε. Γνωρίζουμε ότι η Microsoft κατασκευάζει έναν υπερυπολογιστή για τον ίδιο σκοπό με μια επένδυση δισεκατομμυρίων λιρών από την κυβέρνηση του Ηνωμένου Βασιλείου.
2. Εκτέλεση προσομοιώσεων
Η εκτέλεση προσομοιώσεων είναι ένας πολύ καλός τρόπος για να προβλέψετε το αποτέλεσμα μιας δραστηριότητας χωρίς να την κάνετε πραγματικά. Για παράδειγμα, οι προσομοιώσεις λειτουργίας αεροσκαφών βοηθούν στην κατανόηση της ατμοσφαιρικής αντίστασης και στη δημιουργία πιο αεροδυναμικών σχεδίων. Αυτό βοηθά να γίνουν τα αεροπλάνα πιο ασφαλή και πιο αποδοτικά από άποψη καυσίμου.
Ένα άλλο παράδειγμα είναι η εκτέλεση προσομοιώσεων πυρηνικών δοκιμών και η διεξαγωγή πειραμάτων και επιδείξεων για στρατιωτική χρήση. Οι δοκιμές που μπορούν να γίνουν σε μια προσομοίωση θα έπρεπε διαφορετικά να γίνουν με πραγματικό εξοπλισμό που κοστίζει πολλαπλάσια.
3. Επιστημονική Έρευνα
Οι επιστήμονες συνήθως εργάζονται με μεγάλο όγκο δεδομένων και οι υπερυπολογιστές διευκολύνουν τη δουλειά παρέχοντας γρηγορότερα τα αποτελέσματα. Το 2020, εν μέσω της πανδημίας COVID-19, το Summit των υπερυπολογιστών της IBM βοήθησε στην καταπολέμηση του ιού επιτρέποντας στους ερευνητές να «τρέξουν πολύ μεγάλο αριθμό υπολογισμών στην επιδημιολογία, τη βιοπληροφορική και τη μοριακή μοντελοποίηση».
Οι υπερυπολογιστές είναι επίσης χρήσιμοι στους επιστήμονες της NASA για την «προσομοίωση των κινήσεων των μαζών αέρα και του νερού σε όλο τον πλανήτη για τη μελέτη του κλίματος της Γης, το κυνήγι εξωπλανητών, τη μελέτη της συμπεριφοράς των μαύρων τρυπών ή το σχεδιασμό αεροναυτικών ή αεροδιαστημικών οχημάτων».
Ένας υπερυπολογιστής στην τσέπη σας
Ίσως γνωρίζετε τον περίφημο νόμο του Μουρ. Λέει ότι οι υπολογιστές διπλασιάζονται σε ταχύτητα κάθε δύο χρόνια, με αποτέλεσμα την εκθετική αύξηση της επεξεργαστικής τους ισχύος, η οποία μας επιτρέπει να εκτελούμε όλο και πιο απαιτητικές εργασίες που προηγουμένως θεωρούσαμε αδύνατες.
Μόλις πριν από μια δεκαετία, έννοιες όπως η εικονική πραγματικότητα, το cloud gaming, το metaverse και πολλά άλλα περιορίζονταν στη φαντασία ορισμένων λίγων ειδικών και geeks.
Σήμερα, μπορούμε να κάνουμε όλα αυτά πραγματικότητα, καθώς οι μηχανές μας γίνονται πιο προηγμένες από ποτέ. Ευτυχώς, δεν χρειάζεται να είστε ειδικός για να μπορέσετε να επωφεληθείτε από την τεχνολογία. Θα είναι μέρος της ζωής σας πριν καλά-καλά το καταλάβετε.
