Η κατανόηση του σύμπαντος έχει κάνει ένα τεράστιο άλμα προς τα εμπρός μετά την ολοκλήρωση μιας προσομοίωσης του σύμπαντος σε κλίμακα που δεν έχει επιτευχθεί ποτέ πριν. Αυτό οφείλεται στον υπερυπολογιστή Frontier, ο οποίος βρίσκεται στο Εθνικό Εργαστήριο Oak Ridge (ORNL).
Ο Frontier, ο δεύτερος ταχύτερος υπερυπολογιστής στον κόσμο, χρησιμοποίησε μια πλατφόρμα λογισμικού που ονομάζεται Hardware/Hybrid Accelerated Cosmology Code (HACC) ως μέρος του έργου ExaSky, το οποίο αποτελεί τμήμα του προγράμματος Exascale Computing Project του Υπουργείου Ενέργειας των ΗΠΑ (DOE) – της μεγαλύτερης πρωτοβουλίας έρευνας και ανάπτυξης λογισμικού που υποστηρίζεται από το DOE, με προϋπολογισμό 1,8 δισεκατομμυρίων δολαρίων.
Στο πλαίσιο του ExaSky, οι επιστημονικές εφαρμογές έπρεπε να λειτουργούν έως και 50 φορές πιο γρήγορα από τα προηγούμενα πρότυπα, αλλά ο Frontier και το HACC ξεπέρασαν γρήγορα τις προσδοκίες – λειτουργώντας σχεδόν 300 φορές πιο γρήγορα από παρόμοιες προσομοιώσεις του φεγγαριού του Κρόνου, Τιτάνα.
Η ομάδα DoE/HACC είχε επενδύσει επτά χρόνια από την πρώτη προσομοίωση για να ενισχύσει τις δυνατότητες των υπερυπολογιστών Exascale όπως ο Frontier.
Υδροδυναμική κοσμολογία
Αυτή η πρόοδος επέτρεψε την εκτέλεση υδροδυναμικών κοσμολογικών προσομοιώσεων, ένα υπολογιστικά πιο απαιτητικό μοντέλο που ενσωματώνει αρχές όπως η επέκταση του σύμπαντος και η επιρροή της σκοτεινής ύλης. Προηγούμενα μοντέλα περιλάμβαναν μόνο μέτρα βαρύτητας, αερίου ή πλάσματος.
Η προσομοίωση, η οποία διεξήχθη τον Νοέμβριο του 2024, χρησιμοποίησε περίπου 9.000 κόμβους υπολογιστών του Frontier, όλοι εξοπλισμένοι με κάρτες γραφικών AMD Instinct MI250X.
Ικανότητες υπερυπολογιστών
Ο Frontier είναι ο δεύτερος ταχύτερος υπερυπολογιστής στον κόσμο και μπορεί να φτάσει τα 1,4 exaFLOPS ισχύος. Η απόδοση των υπερυπολογιστών μετράται σε floating-point operations per second (FLOPS) – όπου μια floating-point operation είναι ένας μαθηματικός υπολογισμός.
Οτιδήποτε ικανό να εκτελεί περισσότερα από 999 petaFLOPS (0,9 exaFLOPS) αναφέρεται ως «υπερυπολογιστής Exascale». Ο μόνος άλλος υπολογιστής πιο ισχυρός από τον Frontier είναι ο El Capitan – ο οποίος μπορεί να φτάσει τα 1,7 exaFLOPS.
Άλλες χρήσεις του Frontier
Πέρα από την προσομοίωση του σύμπαντος, ο Frontier έχει χρησιμοποιηθεί σε άλλες κρίσιμες έρευνες. Τον Απρίλιο του 2023, οι επιστήμονες δημιούργησαν το Simple Cloud-Resolving E3SM Atmosphere Model (SCREAM) – ένα πρόγραμμα που προσομοίωσε ολόκληρο το έτος παγκόσμιων κλιματικών δεδομένων με ανάλυση μόλις πάνω από 3 χιλιόμετρα.
Ένα από τα πιο περίπλοκα κλιματικά μοντέλα που έχουν υπολογιστεί ποτέ, είναι τώρα θεμέλιο στην ανάλυση περίπλοκων αλληλεπιδράσεων μεταξύ της ατμόσφαιρας, των ωκεανών και της γης για τη βελτίωση των προβλέψεων του καιρού και τη συλλογή πιο ακριβών δεδομένων σχετικά με την κλιματική αλλαγή.
Στον τομέα των υλικών, ο Frontier έχει επιτρέψει στους σχεδιαστές να αναπτύξουν νέα υποστρώματα και γεωμετρίες για υλικά με βελτιωμένες ιδιότητες, καθιστώντας τα πιο ανθεκτικά, ελαφρύτερα και ανθεκτικά στη διάβρωση.
Οι ικανότητες υπολογισμού Exascale έχουν επιτρέψει στους ερευνητές να μοντελοποιήσουν χημικές αλληλεπιδράσεις σε μοριακό επίπεδο για να προβλέψουν τη συμπεριφορά των υλικών. Ο υπερυπολογιστής έχει επίσης διαδραματίσει καθοριστικό ρόλο στην ανακάλυψη νέων υλικών για αποθήκευση ενέργειας, μεταφορά, κατασκευή και πυρηνική ιατρική.
Εξέλιξη της Τεχνητής Νοημοσύνης
Οι επιστήμονες είναι ιδιαίτερα ενθουσιασμένοι για το πώς η υπολογιστική Exascale μπορεί να ενισχύσει την τεχνητή νοημοσύνη (AI). Η ταχύτητα αυτών των μηχανών επιτρέπει στους προγραμματιστές να επαναλαμβάνουν αλγόριθμους και να αναλύουν μεγάλες βάσεις δεδομένων γρήγορα, ειδικά σε εργασίες όπως η ταχύτερη εκπαίδευση μεγάλων γλωσσικών μοντέλων ή η εφαρμογή υπερυπολογιστών σε κλιματικά μοντέλα και προβλέψεις κλιματικής αλλαγής.
Η πρόοδος αυτή ανοίγει νέες δυνατότητες για την κατανόηση του σύμπαντος και την αντιμετώπιση κρίσιμων παγκόσμιων προκλήσεων, καθιστώντας τον Frontier έναν από τους πιο σημαντικούς υπολογιστές της εποχής μας.