Будучи лауреатом премии Тьюринга 2021 года (также известной как Нобелевская премия по вычислительной технике) и одним из основателей списка 500 самых мощных суперкомпьютеров мира, Донгарра имеет важные взгляды на будущее суперкомпьютеров как для научного сообщества, так и для отрасли в целом.
Гибридные компьютеры — решения будущего
По словам Донгарры, следующее поколение суперкомпьютеров будет представлять собой не просто традиционную модернизацию оборудования, а интеллектуальное сочетание классических вычислительных систем с квантовыми технологиями и искусственным интеллектом (ИИ).
Это считается решающим шагом на пути к преодолению существующих ограничений закона Мура, когда миниатюризация транзисторов почти достигла физического барьера.
Донгарра подчеркивает, что будущее суперкомпьютеров заключается не в полной замене классических систем квантовыми компьютерами, а в гармоничном сочетании их обоих.
Он описывает эту гибридную систему как многоуровневую вычислительную машину, где каждый компонент будет выполнять задачи, наилучшим образом соответствующие его характеристикам.
По мнению Донгарры, квантовые процессоры (QPU) будут действовать как «специализированные ускорители» для решения сложных задач оптимизации, в частности, в молекулярном моделировании для открытия новых лекарств или материалов.
Эти задачи экспоненциально сложны, что затрудняет их решение даже для самых мощных современных суперкомпьютеров. Однако квантовые компьютеры, использующие эффекты квантовой суперпозиции и запутанности, способны решать их гораздо эффективнее.
Между тем, традиционные центральные и графические процессоры продолжат выполнять основные вычислительные задачи, обрабатывая большие данные и выполняя алгоритмы искусственного интеллекта. Такое разумное разделение труда не только оптимизирует производительность, но и помогает максимально эффективно использовать сильные стороны каждого типа процессора.
Одна из самых уникальных точек зрения Донгарры — роль ИИ в суперкомпьютерной системе будущего. Он рассматривает ИИ не просто как приложение, работающее на суперкомпьютере, а как «связующее звено», связывающее и координирующее всю систему.
Джек Донгарра играет ключевую роль в высокопроизводительных вычислениях (Фото: Министерство энергетики США).
По словам Донгарры, ИИ будет оптимизировать работу суперкомпьютеров в режиме реального времени, используя методы предиктивного моделирования для интеллектуального распределения ресурсов. Система сможет автоматически решать, когда использовать классические процессоры, когда переключаться на квантовые процессоры, и как координировать их работу для достижения оптимальной эффективности.
Это видение реализуется посредством множества новаторских проектов.
Полупроводниковый гигант Nvidia и Quantum Machines только что представили систему DGX Quantum, которая обеспечивает тесное соединение квантовых контроллеров с суперчипами ИИ всего за несколько микросекунд.
Система обеспечивает коррекцию квантовых ошибок в реальном времени и калибровку квантовых процессоров на базе искусственного интеллекта, открывая новые возможности для гибридных квантово-классических приложений.
Новые вызовы в глобальной гонке технологий
Донгарра также не уклонился от обсуждения проблем, с которыми сталкивается индустрия суперкомпьютеров, таких как нехватка финансирования исследований и международное конкурентное давление, особенно со стороны Китая.
Недавние достижения Китая в этой области, такие как квантовый компьютер «Цзючжан», способный выполнять задачи в 180 миллионов раз быстрее самого мощного суперкомпьютера, или квантовый процессор «Зучунчжи 3.0» со 105 кубитами, стали сигналом тревоги для западных стран.
Китайский квантовый компьютер «Цзючжан» может выполнять задачи в 180 миллионов раз быстрее, чем самый мощный суперкомпьютер (Фото: Spectrum)
Присуждение в этом году премии Джека Донгарры за раннюю карьеру доктору Линь Ганю из Университета Цинхуа (Китай) за его вклад в разработку алгоритмов высокопроизводительных вычислений, объединяющих классические и квантовые системы, еще раз подтверждает глобальный характер этой гонки.
Донгарра призывает к расширению международного сотрудничества через такие организации, как Североамериканская ассоциация искусственного интеллекта (NAAI), к которой он недавно присоединился, для содействия этической интеграции ИИ в суперкомпьютеры.
Донгарра отмечает не менее важные проблемы в развитии человеческих ресурсов. По-прежнему ощущается острая нехватка специалистов с междисциплинарным опытом в области искусственного интеллекта, квантовых вычислений и высокопроизводительных вычислений.
Хотя такие инициативы, как программа Texas Quantum, расширяют кадровый резерв, до всеобщей готовности еще далеко.
Более того, интеграция ИИ, высокопроизводительных вычислений и квантовых технологий в унифицированные рабочие процессы требует сложной координации инфраструктуры, что замедляет развертывание. Кибербезопасность также становится сложнее, поскольку эти гибридные системы могут подвергаться атакам с разных сторон.
Прорывные приложения ждут нас
Потенциал гибридных суперкомпьютерных систем не ограничивается теорией. Практические приложения стремительно развиваются: от разработки лекарств до моделирования климата, от финансовой оптимизации до разработки современных материалов.
В области медицины гибридные системы могут моделировать сложные молекулярные реакции для более быстрого и точного нахождения новых фармацевтических соединений.
Что касается изменения климата, возможность обработки глобальных климатических моделей с высоким разрешением поможет ученым лучше прогнозировать и реагировать на экстремальные погодные явления.
В финансах алгоритмы квантовой оптимизации могут произвести революцию в анализе рисков и управлении портфелями. А в материаловедении возможность моделирования атомной структуры на беспрецедентном уровне может проложить путь к созданию сверхпроводящих материалов, высокоэнергетических аккумуляторов и современных сплавов.
Донгарра подчеркнул важность создания правильной инфраструктуры для реализации этой идеи. Она включает в себя не только современное аппаратное обеспечение, но и промежуточное программное обеспечение для интеграции квантовых схем с классическими вычислительными ресурсами.
Японский суперкомпьютер ABCI-Q (Фото: Wccftech).
Суперкомпьютерные центры по всему миру активно внедряют эту гибридную инфраструктуру. Японский Глобальный центр исследований и разработок в области бизнес-технологий квантового искусственного интеллекта (G-QuAT) располагает суперкомпьютером ABCI-Q, оснащённым 2020 графическими процессорами Nvidia H100, интегрированными со сверхпроводящими квантовыми процессорами Fujitsu, процессорами на основе нейтральных атомов QuEra и фотонными процессорами OptQC.
Аналогичным образом, европейские проекты, такие как немецкий суперкомпьютер Jupiter, японский Fugaku и польский PSNC, уже начали интегрировать квантовое вычислительное оборудование. Объявление Дании о планах создания квантового суперкомпьютера Magne с первоначальным количеством логических кубитов в 50 единиц в сотрудничестве с Microsoft и Atom Computing также отражает эту мировую тенденцию.
Приготовьтесь к новой эре, которая начинается
Донгарра прогнозирует, что в период 2025–2030 гг. произойдет взрывной рост числа гибридных приложений квантового ИИ.
Первоначальные варианты использования будут включать квантовые генеративные состязательные сети для открытия лекарств, обучение с подкреплением на основе квантовых подпрограмм и решатели оптимизации на основе квантовых технологий, применяемые к реальным логистическим задачам.
Компания IBM, с ее квантовой дорожной картой, рассчитывает в этом году добиться значительных прорывов, устранив некоторые из самых серьезных препятствий на пути масштабирования квантового оборудования.
К 2026 году чип Kookaburra от IBM создаст систему из 4158 кубитов, что станет значительным шагом вперед в развитии возможностей квантовых вычислений.
Видение Джека Донгарры будущего суперкомпьютеров — это не просто научное предсказание, но и призыв к действию. Сочетание классических, квантовых и ИИ-вычислений создаст беспрецедентные вычислительные возможности, открывая путь к решению самых сложных задач человечества.
Как сказал Джек Донгарра, мы вступаем в новую эру вычислений, где границы между возможным и невозможным будут полностью пересмотрены. Вопрос не в том, произойдет ли это, а в том, готовы ли мы этим воспользоваться.
Источник: https://dantri.com.vn/khoa-hoc/cach-ai-luong-tu-va-tinh-toan-co-dien-dinh-hinh-lai-sieu-may-tinh-20250807140924177.htm
Комментарий (0)