Superkomputer JUPITER zawiera tysiące superchipów NVIDIA GH200, aby osiągnąć moc eksaskalową.
Symulacja pozwala zbadać, jak działałyby komputery kwantowe przyszłości, bez konieczności posiadania rzeczywistego sprzętu zdolnego do osiągnięcia tej skali.
Europejski superkomputer JUPITER osiągnął coś niespotykanego dotąd: odtworzył krok po kroku działanie prawdziwego procesora kwantowego. Osiągnięcie to pochodzi z Forschungszentrum Jülich, jednego z największych ośrodków badawczych w Europie, zlokalizowanego w Niemczech i specjalizującego się w superkomputerach, energii, neuronauce i technologii kwantowej. Naukowcy z tego ośrodka zdołali odtworzyć z niespotykaną dotąd szczegółowością wewnętrzną fizykę chipa kwantowego, co stanowi kamień milowy otwierający nowe możliwości dla badań na całym kontynencie.
To, co sprawia, że symulacja ta jest wyjątkowa, to ilość przetwarzanych informacji. Według samego Forschungszentrum Jülich, każda operacja symulowanego procesora kwantowego przetwarza ponad dwa kwadryliony złożonych wartości liczbowych. Trudno sobie wyobrazić takie liczby: kwadrylion to „1” z piętnastoma zerami. Oznacza to, że jedna operacja przetwarza więcej danych niż zwykły komputer mógłby przetworzyć przez cały okres swojej eksploatacji.
Aby zrozumieć, dlaczego jest to tak skomplikowane, wystarczy pamiętać, że komputery kwantowe działają inaczej niż obecne komputery. Zamiast pracować wyłącznie z zerami i jedynkami, ich podstawowe jednostki — qubity — mogą znajdować się w kilku stanach jednocześnie. Ta cecha sprawia, że są one bardzo wydajne, ale także niezwykle trudne do naśladowania przy użyciu klasycznej technologii.
Osiągnięcia JUPITER
Symulacja przeprowadzona na JUPITERZE odtwarza procesor kwantowy o mocy 50 kubitów, a precyzyjne wykonanie tego zadania wymaga niemal niewyobrażalnej ilości pamięci: około 2 petabajtów, co odpowiada dwóm milionom gigabajtów. Aby to zobrazować, do przechowywania takiej ilości danych potrzeba około 2000 dysków twardych o pojemności terabajta — typowych dysków sprzedawanych w sklepach.
To właśnie wymagania dotyczące pamięci są głównym powodem, dla którego symulacja pełnego komputera kwantowego była do tej pory praktycznie niemożliwym wyzwaniem nawet dla najpotężniejszych superkomputerów na świecie.
Newsletter 20bits
Jeśli lubisz być na bieżąco z najnowszymi osiągnięciami w dziedzinie technologii, internetu, gier wideo i gadżetów, newsletter 20bits jest miejscem dla Ciebie.
Wynik, jak informuje europejskie centrum badawcze, „przewyższa poprzedni rekord świata wynoszący 48 kubitów, ustanowiony przez naukowców z Jülich w 2019 roku na superkomputerze K w Japonii”. „Świadczy to o ogromnej mocy obliczeniowej JUPITER i otwiera nowe horyzonty dla rozwoju i testowania algorytmów kwantowych” — dodają.
Jednak ten kamień milowy nie oznacza, że istnieje już w pełni funkcjonalny praktyczny komputer kwantowy o mocy 50 kubitów — technologia ta musi jeszcze pokonać wyzwania, takie jak korekcja błędów lub stabilność kubitów — ale pozwala testować algorytmy, przewidywać problemy i szybciej zmierzać w kierunku tych przyszłych systemów.
Dla Europy oznacza to strategiczny impuls: wzmacnia jej pozycję w dziedzinie zaawansowanych superkomputerów i zmniejsza zależność od zewnętrznej infrastruktury w kluczowej dziedzinie dla nauki, przemysłu i bezpieczeństwa cyfrowego.
Jak udało się osiągnąć ten postęp
Osiągnięcie to wynika nie tylko z dużej mocy JUPITER, ale także z połączenia kilku nowych pomysłów, które pozwalają lepiej wykorzystać jego pamięć i sprzęt.
Pierwszym kluczem są superchipy NVIDIA GH200, które łączą w jednym elemencie procesor CPU i GPU. Dzięki temu, gdy pamięć GPU jest niewystarczająca, część danych jest automatycznie przenoszona do pamięci CPU bez spadku wydajności. Dzięki temu hybrydowemu systemowi JUPITER może obsługiwać więcej informacji niż normalnie pozwoliłby na to sam procesor GPU.
Drugim kluczem była praca zespołu z Jülich i NVIDIA nad ulepszeniem symulatora kwantowego. Stworzyli nową wersję o nazwie JUQCS-50, która została zaprojektowana do pracy właśnie z tą kombinacją pamięci. Dzięki temu, nawet jeśli dane są rozdzielone między procesor CPU i GPU, symulacja nadal działa płynnie.
Ponadto dodano dwie ważne ulepszenia:
- Metodę kompresji, która zmniejsza ilość potrzebnej pamięci nawet o osiem razy.
- System optymalizujący przepływ danych między chipami.
Osoby odpowiedzialne za projekt wyjaśniają, że narzędzie JUQCS-50 będzie również dostępne dla innych instytucji za pośrednictwem infrastruktury kwantowej Jülich o nazwie JUNIQ, co pozwoli większej liczbie naukowców korzystać z niego w przyszłości.
JUPITER, maszyna, która umożliwia niemożliwe
Na pierwszy rzut oka JUPITER może wydawać się „tylko” kolejnym superkomputerem z długiej listy gigantycznych maszyn, które Europa zgromadziła w ostatnich dziesięcioleciach. Jednak wystarczy wejść do ogromnego budynku Forschungszentrum Jülich, aby zdać sobie sprawę, że dzieje się tu coś innego.
Korytarz prowadzi do sali wielkości czterech kortów tenisowych, oświetlonej stałym blaskiem tysięcy wskaźników. Pod podłogą techniczną znajduje się sieć 260 kilometrów okablowania, łącząca każdy moduł systemu, jakby były to neurony ogromnego mózgu. I w pewnym sensie tak właśnie jest: to serce europejskiej superkomputerowej mocy obliczeniowej.
Superkomputer JUPITER, zainaugurowany w Centrum Superkomputerowym w Jülich (Niemcy), jest już najpotężniejszym komputerem w Europie. Carlos Gamez
JUPITER nie jest zbudowany tak jak tradycyjne superkomputery. Jego modułowa architektura — coś w rodzaju miasta technologicznego zbudowanego z dzielnic — pozwala na jego rozbudowę lub aktualizację bez konieczności rozbierania go. W jego czarnych szafach bije 24 000 superchipów NVIDIA GH200, połączenie procesorów i GPU zaprojektowanych do przenoszenia ilości danych, o których żaden „normalny” komputer nie może nawet marzyć.
Każdy z tych chipów współpracuje z pozostałymi dzięki ultraszybkiej sieci połączeń. W rezultacie uzyskuje się moc obliczeniową przekraczającą kwintylion operacji na sekundę, co jest liczbą trudną do wyobrażenia. W praktyce jest to tak, jakby cała populacja świata wykonywała operacje matematyczne bez przerwy przez tysiące lat… i nadal nie zbliżyłaby się do tego, co JUPITER rozwiązuje w mgnieniu oka.
Jednak najbardziej zaskakujące w tej maszynie nie jest jej surowa moc, ale sposób, w jaki ją wykorzystuje. Jej system bezpośredniego chłodzenia cieczą utrzymuje stabilność tysięcy komponentów, jednocześnie wykorzystując ciepło do ogrzewania budynków na terenie kampusu. Nie tylko bije rekordy wydajności, ale także zdominowała ranking Green500, który klasyfikuje najbardziej wydajne superkomputery na świecie.
