Los desafíos para los cálculos de alto rendimiento amenazan las innovaciones estadounidenses

Calcula el alto rendimiento o el HPC en poco tiempo, puede sonar como algo solo científicos en laboratorios secretos, pero hoy es una de las tecnologías más importantes del mundo. Desde la predicción del tiempo hasta encontrar nuevos medicamentos e incluso capacitación de inteligencia artificial, los sistemas informáticos de alto rendimiento ayudan a resolver problemas que son demasiado difíciles o demasiado difíciles para las computadoras regulares.

Esta tecnología ayudó a que se lograron grandes descubrimientos en ciencia e ingeniería en los últimos 40 años. Pero ahora el cálculo del alto rendimiento en un punto de inflexión, y las elecciones de gobiernos, investigadores y la industria tecnológica pueden verse influenciados por el futuro de la innovación, la seguridad nacional y el liderazgo global hoy.

Los sistemas de alto rendimiento de la computadora son básicamente computadoras de superporns que componen miles o incluso millones de procesadores que trabajan juntos. También usan sistemas avanzados de memoria y almacenamiento para moverse rápidamente y ahorrar enormes cantidades de datos.

Con toda esta potencia, los sistemas informáticos de alto rendimiento pueden iniciar simulaciones y cálculos extremadamente detallados. Por ejemplo, pueden simular cómo la nueva medicina se comunica con un cuerpo humano o cómo el huracán puede pasar por encima del océano. También se utilizan en áreas como el diseño de automóviles, la producción de energía y la investigación espacial.

Recientemente, el cálculo de alto rendimiento se ha vuelto más importante debido a la inteligencia artificial. Los modelos de IA, especialmente aquellos utilizados para cosas como reconocer la voz y el automóvil para la confianza en sí mismos, requieren grandes cantidades de energía de la computadora para entrenar. Los sistemas informáticos de alto rendimiento son adecuados para este trabajo. Como resultado, la IA y la computación de alto rendimiento ahora están cooperando estrechamente, se avanzan hacia adelante.

Laboratorio Nacional de SuperComputer Lawrence es el más rápido del mundo.

Soy un científico informático con una larga carrera trabajando en una computadora de alto rendimiento. Noté que los sistemas informáticos son igualmente presiones que nunca, con mayores requisitos sobre velocidad, datos y sistemas de energía. Al mismo tiempo, veo que el cálculo de alto rendimiento enfrenta algunos problemas técnicos serios.

Desafíos técnicos

Un gran desafío para la informática de alto rendimiento es una brecha entre lo rápidos que son los procesadores y cómo los buenos sistemas de memoria pueden ser productos de procesadores. Imagine que tiene autos súper rápidos, pero está atrapado en el tráfico: no ayuda a velocidad si la carretera no se puede enviar. De la misma manera, los procesadores informáticos de alto rendimiento a menudo deben esperar porque los sistemas de memoria no pueden enviar datos rápidamente. Esto hace que todo el sistema sea menos efectivo.

Otro problema es el uso de energía. Las supercomputadoras de hoy utilizan una gran cantidad de electricidad, a veces incluso como un pueblo pequeño. Es costoso y no muy bueno para el medio ambiente. En el pasado, a medida que las partes de la computadora se hicieron más pequeñas, también usaban menos energía. Pero esa tendencia, llamada Dennard Scaling, se detuvo a mediados de la década de 2000. Ahora, haciendo computadoras con más fuerza, generalmente significa que usan más energía. Para resolver esto, los investigadores buscan nuevas formas de diseñar sistemas informáticos de hardware y software.

También hay un problema con los chips que se hacen. La industria de los chips se centra principalmente en la IA, que funciona bien con la precisión de las matemáticas más bajas como los números de 16 bits o de 8 bits. Pero muchas aplicaciones científicas siguen siendo una precisión de 64 bits que es correcta. Cuanto mayor sea el número de bits, más dígitos, más que el punto decimal de los chips puede procesar, por lo tanto, una mayor precisión. Si el chip de la compañía deja de hacer piezas que los científicos necesitan, entonces podría ser más difícil hacer una investigación importante.

Este informe dice que las tendencias de los fabricantes de semiconductores y las prioridades comerciales pueden variar de las necesidades de la comunidad informática científica y cómo la falta de hardware ajustado podría interferir con el progreso en la investigación.

Una solución puede ser la construcción de chips adaptados para calcular un alto rendimiento, pero es costosa y complicada. Sin embargo, los investigadores investigan nuevos diseños, incluidos los chips, chips pequeños que se pueden combinar como ladrillos LEGO, para representar procesadores altamente precisos más accesibles.

Carrera global

Global a nivel mundial, muchos países invierten en un cálculo informático de alto rendimiento. Europa tiene un programa EuroHPC, que construye supercomputadoras en lugares como Finlandia e Italia. Su objetivo es reducir la dependencia de la tecnología y hacerse cargo de las áreas líderes como el modelado climático y la medicina personalizada. Japón construyó una supercomputadora Fugak, que respalda la investigación académica y el trabajo industrial. China también hizo un gran progreso, utilizando tecnología de cosecha propia para construir algunas computadoras más rápidas del mundo. Todos los gobiernos de estos países entienden que el cálculo de alto rendimiento es crucial para su seguridad nacional, fuerza económica y gestión científica.

Se explicó la rivalidad de la supercomputadora estadounidense.

Estados Unidos, que ha sido líderes en una computadora de computadora durante décadas, completó recientemente el Departamento de Proyectos de Computación de Ekascale Energy. Este proyecto ha creado computadoras que pueden trabajar mil millones de miles de millones de operaciones por segundo. Es un logro increíble. Pero incluso con ese éxito, Estados Unidos todavía no tiene un plan claro a largo plazo para lo que sigue lo siguiente. Otros países se mueven rápidamente sin una estrategia nacional, los riesgos estadounidenses que se quedan atrás.

Creo que la estrategia nacional estadounidense debe contener fondos para nuevas máquinas y capacitación para que las personas las usen. También incluiría asociaciones de asociación con universidades, laboratorios nacionales y empresas privadas. Lo más importante es que el plan se centraría no solo en el hardware, sino también en el software y los algoritmos que hacen un cálculo útil de alto rendimiento.

Esperando señales

Un área emocionante para el futuro es el cálculo cuántico. Este es un método de cálculos completamente nuevo basado en las leyes de la física a nivel atómico. Las computadoras Kuantum podrían algún día resolver problemas que son computadoras imposibles. Pero todavía se encuentran en las primeras etapas y probablemente se complementarán, no para reemplazar los sistemas tradicionales de alto rendimiento de la computadora. Es por eso que es importante invertir en ambos tipos de cálculos.

Todos estos son signos positivos, pero no resuelven completamente el problema de cómo admitir la contabilidad informática de alto rendimiento a la larga. Además de las inversiones financieras e infraestructuras a corto plazo, eso significa:

Inversiones federales a largo plazo en computación y I + D, incluidas arquitecturas avanzadas de hardware, software y eficientes en energía. Adquisición y despliegue de clases para límites de clase en laboratorios y universidades nacionales. El desarrollo de la mano de obra, incluida la capacitación en programación paralela, métodos numéricos e integración de AI-HPC. El seguro de hardware de la carretera, proporcionar desarrollo de chips comerciales, es compatible con las necesidades de las aplicaciones científicas y de ingeniería. Modelos de financiación sostenible que evitan los ciclos de BUM y mejoran los hitos desechables o la urgencia geopolítica. Cooperación pública-privada para brechas de puentes entre la investigación académica, la industria de la innovación y las necesidades de la seguridad nacional.

Calcular el alto rendimiento es más que computadoras rápidas. Es la base de descubrimientos científicos, crecimiento económico y seguridad nacional. Con otros países que se avanzan, Estados Unidos está bajo presión para parecer un plan claro y coordinado. Esto significa que invertir en un nuevo hardware, el desarrollo de software más inteligente, capacita a la mano de obra calificada y la asociación de construcción entre el gobierno, la industria y la academia. Si ahora funciona esto, el país se puede asegurar con la informática de alto rendimiento continúa continuando las innovaciones por venir.