La tecnologia del supercalcolo comprende i supercomputer, i computer più veloci del mondo. I supercomputer sono costituiti da interconnessioni, sistemi di I/O, memoria e core di processori.
A differenza dei computer tradizionali, i supercomputer utilizzano più di un'unità di elaborazione centrale (CPU). Queste CPU sono raggruppate in nodi di calcolo, che comprendono un processore o un gruppo di processori, SMP (symmetric multiprocessing) e un blocco di memoria. Su larga scala, un supercomputer può contenere decine di migliaia di nodi. Grazie alle capacità di comunicazione di interconnessione, questi nodi possono collaborare alla risoluzione di un problema specifico. I nodi utilizzano le interconnessioni anche per comunicare con i sistemi di I/O, ad esempio data storage e rete.
A causa del consumo energetico dei moderni supercomputer, i data center richiedono sistemi di raffreddamento e strutture adeguate per ospitare tutto.
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Il deep learning potrebbe aiutare gli scienziati a identificare materiali per batterie migliori, materiali da costruzione più resilienti e semiconduttori più efficienti.
Utilizzando un mix di tecniche di intelligenza artificiale (AI), i ricercatori identificheranno i modelli nella funzione, nella cooperazione e nell'evoluzione delle proteine umane e dei sistemi cellulari.
Poiché i supercomputer sono spesso usati per eseguire programmi di intelligenza artificiale , il supercalcolo è diventato sinonimo di intelligenza artificiale. Questo uso regolare è dovuto al fatto che i programmi di intelligenza artificiale richiedono il calcolo ad alte prestazioni offerto dai supercomputer. In altre parole, i supercomputer possono gestire i tipi di carichi di lavoro generalmente necessari per le applicazioni di intelligenza artificiale.
Ad esempio, IBM ha costruito i supercomputer Summit e Sierra pensando ai big data e ai carichi di lavoro dell'intelligenza artificiale. Stanno aiutando a modellare supernove, aprire la strada a nuovi materiali ed esplorare il cancro, la genetica e l'ambiente, utilizzando le tecnologie disponibili per tutte le aziende.
Il supercalcolo viene misurato in operazioni in virgola mobile al secondo (FLOPS). I petaflop sono una misura della velocità di elaborazione di un computer pari a mille trilioni di flop. E un sistema informatico da 1 petaflop può eseguire un quadrilione (1015) di flop. Da una prospettiva diversa, i supercomputer possono avere una potenza di elaborazione un milione di volte superiore rispetto al laptop più veloce.
Secondo la lista TOP500 (link esterno a ibm.com), il supercomputer più veloce del mondo è il giapponese Fugaku con una velocità di 442 petaflop a giugno 2021. I supercomputer IBM, Summit e Sierra, ottengono il secondo e il terzo posto, rispettivamente con 148,8 e 94,6 petaflop. Summit si trova presso l'Oak Ridge National Laboratory, una struttura del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti nel Tennessee. Sierra si trova presso il Lawrence Livermore National Laboratory in California.
Per mettere in prospettiva le velocità odierne, quando Cray-1 è stato installato presso il Los Alamos National Laboratory nel 1976, ha raggiunto una velocità di circa 160 megaflop. Un megaflop può eseguire un milione (106) di flop.
Il termine supercalcolo è talvolta usato come sinonimo di altri tipi di calcolo. Ma, altre volte, i sinonimi possono creare confusione. Per chiarire alcune somiglianze e differenze tra i tipi di calcolo, ecco alcuni confronti comuni.
Mentre il supercalcolo si riferisce in genere al processo di calcoli complessi e di grandi dimensioni utilizzato dai supercomputer, il calcolo ad alte prestazioni (HPC) è l'uso di più supercomputer per elaborare calcoli complessi e di grandi dimensioni. Entrambi i termini sono spesso usati in modo intercambiabile.
I supercomputer sono talvolta chiamati computer paralleli perché il supercalcolo può utilizzare l'elaborazione parallela. L'elaborazione parallela è quando più CPU funzionano per risolvere un singolo calcolo in un dato momento. Tuttavia, anche gli scenari HPC utilizzano il parallelismo, senza necessariamente utilizzare un supercomputer.
Un'altra eccezione è che i supercomputer potrebbero utilizzare altri sistemi di processori, come processori vettoriali, processori scalari o processori multithread.
Il calcolo quantistico è un modello di calcolo che sfrutta le leggi della meccanica quantistica per elaborare i dati, eseguendo calcoli basati sulle probabilità. Mira a risolvere problemi complessi che i supercomputer più potenti del mondo non potranno mai risolvere.
Il supercalcolo si è evoluto nel corso degli anni da quando la macchina Colossus è stata messa in funzione a Bletchley Park negli anni '40. Colossus è stato il primo computer funzionale, elettronico e digitale progettato da Tommy Flowers, un ingegnere telefonico impegnato nella ricerca di General Post Office (GPO).
Il termine supercomputer è entrato in uso all'inizio degli anni '60, quando IBM lanciò l'IBM 7030 Stretch e Sperry Rand presentò l'UNIVAC LARC, i primi due supercomputer intenzionali progettati per essere più potenti delle macchine commerciali più veloci disponibili all'epoca. Gli eventi che hanno influenzato il progresso del supercalcolo iniziarono alla fine degli anni '50, quando il governo degli Stati Uniti iniziò a finanziare regolarmente lo sviluppo di tecnologie informatiche all'avanguardia e ad alte prestazioni per applicazioni militari.
Sebbene i supercomputer siano stati inizialmente prodotti in quantità limitate per il governo, la tecnologia sviluppata si sarebbe fatta strada nel mainstream industriale e commerciale. Ad esempio, due società statunitensi, Control Data Corporation (CDC) e Cray Research, hanno guidato l'industria dei supercomputer commerciali dalla metà degli anni '60 alla fine degli anni '70. Il CDC 6600, progettato da Seymour Cray, è considerato il primo supercomputer commerciale di successo. IBM sarebbe poi diventata un leader del settore commerciale dagli anni '90 ad oggi.
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Note a piè di pagina
1 Getting up to Speed: The Future of Supercomputing, The National Academies Press (link esterno a ibm.com)