Exascale Computing
Cos'è l'exascale computing?
L'exascale computing è un nuovo livello di supercomputing in grado di eseguire almeno un calcolo exaflop a virgola mobile al secondo per supportare i carichi di lavoro estesi di modellazione convergente, simulazione, intelligenza artificiale e analisi.
Quali sono i vantaggi dell'exascale computing?
I principali vantaggi dell'exascale computing riguardano la capacità di risolvere i problemi a livelli di complessità incredibili.
Scoperte scientifiche: il settore della tecnologia scientifica è soggetto a continui cambiamenti. Con gli sviluppi, le convalide e gli studi che contribuiscono al continuo progresso delle scoperte scientifiche, l’esigenza di ricorrere al supercomputing è sempre più forte. L'exascale computing offre la potenza necessaria per stabilire le origini degli elementi chimici, controllare le sostanze e i materiali instabili, convalidare le leggi della natura e sondare la fisica delle particelle. Lo studio e l'analisi di questi argomenti ha portato a scoperte scientifiche irrealizzabili senza la potenza del supercomputing.
Sicurezza: nel settore della sicurezza, il supercomputing è molto richiesto. L'exascale computing contribuisce a far fronte alle minacce fisiche e informatiche emergenti per la sicurezza nazionale, energetica ed economica, promuovendo al contempo la crescita e l'efficienza nella produzione alimentare, nell’urbanistica sostenibile e nella pianificazione del disaster recovery in caso di calamità naturali.
- La sicurezza nazionale trae vantaggio dalla capacità dell'exascale computing di fornire risposte intelligenti alle minacce e analizzare gli ambienti ostili. Questo livello di elaborazione avviene a velocità quasi incomprensibili, contrastando innumerevoli rischi e minacce per la sicurezza nazionale.
- La sicurezza energetica passa attraverso l'exascale computing, che non agevola la progettazione di tecnologie a basse emissioni, ma promuove anche l'analisi di colture resistenti agli stress. Garantire ulteriori risorse alimentari ed energetiche sostenibili è una componente fondamentale degli impegni di sicurezza di una nazione.
- La sicurezza economica è rafforzata dall'exascale computing su più fronti: consente un'accurata valutazione del rischio delle calamità naturali, come la previsione delle attività sismiche e la creazione di soluzioni proattive. Anche l’urbanistica trae vantaggio dal supercomputing, che contribuisce all’elaborazione dei piani per la costruzione e l'utilizzo efficienti delle reti elettriche ed energetiche.
Assistenza sanitaria: il settore sanitario trae grandi benefici dall'exascale computing, in particolare nel campo della ricerca sul cancro. Con i modelli predittivi per le reazioni ai farmaci e la capacità di automazione intelligente, i processi critici negli studi sui tumori sono stati rivoluzionati e accelerati.
Perché l'exascale computing è importante?
Il nostro obiettivo è il progresso delle scienze applicate al fine di migliorare i processi decisionali e di ampliare la comprensione dell'universo. L'exascale computing, denominato anche supercomputing exascale, è necessario per accelerare questa comprensione. Gli scienziati e gli ingegneri possono applicare l'analisi dei dati basata sul supercomputing exascale per andare oltre i confini delle attuali conoscenze e promuovere ulteriormente le innovazioni rivoluzionarie in ambito scientifico e tecnologico.
Contemporaneamente alla diffusione dell'exascale computing nel mondo, aumenta la richiesta delle funzionalità del supercomputing per crescere e mantenere la leadership globale nei settori della scienza e della tecnologia. Con l'introduzione dell'intelligenza artificiale (IA), del machine learning (ML), della modellazione e della simulazione, i computer exascale sono esponenzialmente più potenti che mai .
L'exascale computing sta stimolando il rapido progresso delle architetture tecnologiche e scientifiche delle nostre società. La straordinaria potenza di queste macchine richiede un uso responsabile: le società di tutto il mondo stanno vivendo cambiamenti dinamici nelle loro strutture etiche e aspettative di sostenibilità. Con l'exascale computing, stiamo iniziando a scoprire soluzioni a problemi un tempo considerati irrisolvibili.
Come funziona l'exascale computing?
I sistemi di exascale computing analizzano e risolvono 1.000.000.000.000.000.000 di operazioni a virgola mobile al secondo (FLOPS), simulando metodi e interazioni delle forze fondamentali all'interno dell'universo.
Questi supercomputer sono realizzati appositamente per gestire gli enormi carichi di lavoro di simulazione, modellazione convergente, intelligenza artificiale e analisi di oggi. I supercomputer exascale offrono prestazioni affidabili supportando una combinazione di CPU e GPU (anche di generazioni diverse), nodi multisocket e altri dispositivi di elaborazione in un'unica infrastruttura integrata.
Poiché i carichi di lavoro si evolvono rapidamente, l'architettura di elaborazione è fondamentale per supportare le esigenze di ogni organizzazione. I supercomputer sono costruibili, con più opzioni di elaborazione del silicio e un'unica infrastruttura di gestione e sviluppo delle applicazioni.
Abbiamo bisogno di computer in grado di rispondere ai quesiti della ricerca più complessi al mondo: i computer exascale hanno la capacità di dare una risposta a questi interrogativi spostando rapidamente i dati tra processori e storage, senza rallentamenti, nonostante l'enorme quantità di hardware e componenti utilizzati per realizzarli.
Confronto tra exascale computing ed elaborazione quantistica
Exascale computing
L'exascale computing è un tipo di supercomputing ultrapotente, con sistemi che eseguono miliardi di calcoli al secondo utilizzando un'infrastruttura di CPU e GPU per l’elaborazione e l’analisi dei dati. Questo tipo di elaborazione è gestito da sistemi digitali, insieme all'hardware più potente del mondo.
Elaborazione quantistica
L'elaborazione quantistica non rientra nei metodi di elaborazione tradizionali, poiché i suoi sistemi utilizzano codici binari per essere attivi nello stesso momento. Questo processo si basa sulla possibilità che la sovrapposizione e l'interdipendenza della codifica avvengano simultaneamente, analizzando e risolvendo i problemi in modo efficace, in base alle leggi fisiche della teoria quantistica.
Attualmente, l'exascale computing è in grado di elaborare e risolvere problemi, documentare e fornire sviluppi tecnologici a una velocità molto più elevata rispetto all'elaborazione quantistica. Tuttavia, quest’ultima si trova ormai su una traiettoria destinata a superare ampiamente le capacità dell'exascale computing. Richiede inoltre un consumo di energia molto inferiore per alimentare carichi di lavoro simili a quelli dei supercomputer exascale.
Cos'è un computer exascale?
I computer exascale sono enormi sistemi informatici posizionati in armadi all'interno di magazzini o edifici di ricerca. Questi computer sono generalmente di proprietà dei governi, ma possono appartenere anche a grandi conglomerati. Nel complesso, i supercomputer exascale hanno costi di costruzione così elevati che generalmente gli scienziati e i ricercatori richiedono sovvenzioni per noleggiarli.
I sistemi informatici in grado di eseguire l'exascale computing generano enormi quantità di calore a causa del livello di elaborazione: per funzionare al meglio delle loro possibilità, devono essere dotati di dispositivi di raffreddamento speciali all'interno dei sistemi e dei rack, oppure trovarsi in regioni con climi estremamente freddi. Sono computer digitali con le funzionalità e l'hardware più potenti, che li differenziano da altri supercomputer o computer quantistici.
I computer exascale simulano le leggi fondamentali della fisica, come le interazioni granulari tra atomi, al fine di modellare la nostra conoscenza dell'universo e di tutto quello che ospita. Diversi settori utilizzano questa capacità per comprendere, prevedere e modellare con maggiore efficienza il futuro del mondo. Ad esempio, i ricercatori della National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) migliorano le loro previsioni meteorologiche esaminando ogni potenziale interazione di pioggia, vento, nubi e altri fenomeni atmosferici per stabilire le implicazioni di ciascun elemento, fino al livello atomico.
Questi calcoli vengono eseguiti attraverso equazioni matematiche di base per ciascuna interazione tra ogni singola forza all'interno di un dato ambiente, in un dato momento, fino al millisecondo. Queste semplici interazioni formano rapidamente trilioni di combinazioni, calcolate e analizzate da trilioni di equazioni matematiche compilate: solo un computer exascale può effettuare calcoli a questa velocità. I calcoli formano un'immagine o una simulazione di ogni interazione, che può essere studiata per migliorare la comprensione dell'universo. I supercomputer exascale modellano letteralmente le nostre conoscenze, aiutandoci a risolvere le problematiche del domani.
HPE e l'exascale computing
I supercomputer HPE Cray EX offrono capacità rivoluzionarie per quesiti rivoluzionari, dando il via alla nuova era della scienza, della scoperta e del successo. Sono realizzati senza parti mobili e raffreddamento a liquido diretto (DLC, Direct Liquid-Cooling) per promuovere la massima sostenibilità mantenendo un elevatissimo livello di funzionalità per i carichi di lavoro più grandi e complessi. Grazie alla capacità di associare diverse generazioni di CPU e GPU, l'infrastruttura si espande mentre i progressi tecnologici negli ambienti di elaborazione rendono disponibili nuovi sviluppi e aggiornamenti.
HPE offre anche il supercomputer HPE Cray, con una configurazione rack standard da 19 pollici in un server di elaborazione 2U che consente di implementare un sistema più piccolo pur fornendo lo stesso set di funzionalità dei sistemi HPE Cray EX. Questo sistema è ideale per le aziende che stanno intraprendendo iniziative evolutive verso il supercomputing all'interno della propria infrastruttura dati, con capacità di espansione per le future esigenze di prestazioni potenziate.
Per soddisfare le esigenze delle organizzazioni con problemi urgenti, i supercomputer HPE Cray sono basati su processori leader a livello mondiale: le CPU AMD EPYC™ e le GPU AMD Instinct™ vengono utilizzate in modo collaborativo per gestire i set di dati più grandi con la massima velocità e le massime prestazioni. E con HPE Slingshot, l’organizzazione può collegare supercomputing, cloud e data center per creare il migliore ambiente di supercomputing possibile.