Что вычисляют суперкомпьютеры?
В Японии вывели на полную мощность самый быстрый в мире суперкомпьютер «Фугаку». Его строительство началось в 2014 году, а завершилось в 2020-м. Тогда же он возглавил Top500 — рейтинг самых мощных вычислительных систем в мире.
Предполагается, что «Фугаку» в первую очередь будут использовать для моделирования ситуации с распространением коронавируса. Ему предстоит обрабатывать огромный массив информации: вероятность проникновения вируса через маску, влияние тех или иных ограничительных мер, выявление с помощью анализа интернет-сообщений ковид-диссидентов и тех, кто вынужден покидать жильё, понимая уровень опасности, и другие факторы, влияющие на пандемию.
О том, для чего нужны суперкомпьютеры, рассказывает научный руководитель Института прикладной математики им. М. В. Келдыша РАН, академик Борис Четверушкин:
— Высокопроизводительные вычисления используют там, где нужно обрабатывать колоссальные объёмы данных, применяя очень сложные алгоритмы. Обычным компьютерам на решение таких задач понадобятся недели и даже годы.
Трудно назвать те отрасли хозяйства, где суперкомпьютерные технологии не дали бы положительного эффекта. Без них в наши дни не может развиваться ни медицина, ни энергетика, ни авиакосмическая отрасль. Суперкомпьютеры используются в том числе в оборонном ведомстве для обеспечения национальной безопасности, поэтому на них нельзя экономить.
Применений масса. Во-первых, это создание новой техники. В России есть программы, которые проводят расчёты вертолётных лопастей. Они высчитывают генерацию шумов, срывы вихрей, подъёмную силу. Программы есть, но вычислительных мощностей не хватает. Применение суперкомпьютерных технологий в 2-2,5 раза ускоряет появление образцов новой техники.
Во-вторых, высокопроизводительные вычисления помогают увеличить на 2-3% добычу нефти. В-третьих, они предсказывают катастрофы и чрезвычайные ситуации, оценивают возможные риски. Это помогает быстро реагировать и принимать правильные решения.
Без математического моделирования уже невозможно развитие атомной промышленности, ведь она в значительной мере опирается на сложные расчёты. Скажу больше: вычислительная математика становится частью цифровой экономики. С помощью суперкомпьютеров мы можем моделировать различные процессы: например, как наилучшим образом организовать транспортные потоки в нашей огромной стране. И даже как накормить каждого гражданина, подобрав ему оптимальное меню!
Это одна из задач современной нутрициологии — науки о питании. Чтобы вывести объективную оценку, надо учесть множество факторов: возраст, пол, уровень дохода, физическую активность, регион проживания, национальные особенности, хронические заболевания и пр. Всё это закладывается в вычислительную систему, и она выдаст рекомендации по оптимальному питанию для каждого (!) гражданина страны на целый год вперёд. Эти расчёты не только помогут специалистам-диетологам составить наиболее рациональное меню, но и сформулируют запрос для промышленности и сельского хозяйства: что и в каком объёме им нужно производить. Таким образом, эти отрасли тоже окажутся в выигрыше.
Очень много применений в медицине. Это и прогноз распространения инфекций, и моделирование новых лекарств. Суперкомпьютер просматривает миллионы вариантов молекул и выбирает самую эффективную, на её основе и делают препарат.
Рано или поздно суперкомпьютерные технологии смогут предсказывать землетрясения с высокой точностью. Вплоть до того, что будут называть конкретное место и время предстоящего сейсмического события. Ещё одна сфера применения — моделирование климатических процессов. Здесь главные компоненты — атмосфера и океан. Их динамика описывается очень сложными уравнениями, но суперкомпьютер способен их обработать и предсказать, что будет с климатом на планете через столько-то лет.
