Как увеличить производительность суперкомпьютеров? Есть ли новые физические принципы, которые прокачают вычислительную мощность? И в чем преимущества фотонной компонентной базы? Эти вопросы студенты и молодые ученые разбирали на I Всероссийской школе-семинаре НЦФМ «Центр исследования архитектур суперкомпьютеров».
Потребность в высокопроизводительных вычислениях обуславливает развитие суперкомпьютеров. Их расширяющиеся возможности, в свою очередь, стимулируют усложнение вычислительных задач. Но кремниевые микросхемы скоро упрутся в потолок технологических норм: апгрейдить суперкомпьютеры за счет добавления транзисторов будет физически невозможно.
Получается замкнутый круг, разорвать который можно, используя новые подходы и экспериментируя с архитектурами. Возникают разные решения масштабирования производительности при том же размере микросхем. Общая тенденция в мире — вычислительные машины с гетероструктурой, включающей как электронные, так и фотонные компоненты. Ученые НЦФМ сосредоточились на архитектуре суперкомпьютеров, чтобы сделать качественный скачок в области фотонной, а не электронной компонентной базы для вычислений, быстрого телекома и радиофотоники. В НЦФМ разрабатывают фотонную вычислительную машину, по мощности на несколько порядков превосходящую современные электронные суперкомпьютеры.
«Сегодня суперкомпьютеры и искусственный интеллект — это две стороны одной медали, и одно без другого существовать практически не может. Например, нейронная сеть всем известного ChatGPT 4 использует 175 млрд параметров, ее обучением занимается суперкомпьютер Azure AI производительностью около 30 петафлопс (30·1015 операций с плавающей запятой в секунду). Но даже такие суперкомпьютеры не всегда могут обеспечить нужный темп машинного обучения. И здесь нам могут помочь фотонные вычислители, поскольку они позволяют существенно сократить время перемножения вектора на матрицу, а именно этот тип операций составляет львиную долю, до 90 %, процессов машинного обучения. Идея заключается в том, чтобы заменить кремниевые двоичные элементы на двоичные элементы, построенные на оптоэлектронных принципах», — рассказывает академик РАН Игорь Каляев, сопредседатель направления НЦФМ «Национальный центр исследования суперкомпьютеров».
Ученые ведущих институтов и центров провели для слушателей школы-семинара пятнадцать лекций и панельную дискуссию о современном состоянии и перспективах исследований архитектур суперкомпьютеров. Поговорили о линейных преобразованиях с помощью фотонных интегральных систем, выборе систем охлаждения, оптических сопроцессорах для перемножения матриц и даже о моделировании процесса развития города.
Студенты и молодые ученые представили более двадцати устных и стендовых докладов о разработке архитектурных и программных решений для прикладных и фундаментальных задач: от поиска объектов на видеопоследовательностях до моделирования электрических процессов вблизи земной поверхности. Тезисы докладов опубликованы в сборнике.
Школа-семинар проходила с 21 по 25 августа при поддержке «Росатома», институтов РАН и Института теоретической и математической физики РФЯЦ-ВНИИЭФ.
Фотографии с мероприятия можно найти по ссылке.
