Πώς η Τεχνητή Νοημοσύνη, η κβαντική και η κλασική υπολογιστική αναδιαμορφώνουν τους υπερυπολογιστές

(Νταν Τρι) - Ο Τζακ Ντονγκάρα, γνωστός ως ο «πατέρας των υπερυπολογιστών και του επιστημονικού λογισμικού», μόλις σκιαγράφησε ένα πολλά υποσχόμενο μέλλον για την υπολογιστική υψηλών επιδόσεων.

Ως κάτοχος του βραβείου Turing του 2021 (γνωστού και ως βραβείο Νόμπελ στην πληροφορική) και ένας από τους ιδρυτές της λίστας με τους 500 κορυφαίους υπερυπολογιστές στον κόσμο, η οπτική του Dongarra για το μέλλον των υπερυπολογιστών είναι ζωτικής σημασίας τόσο για την επιστημονική κοινότητα όσο και για τη βιομηχανία γενικότερα.

Υβριδικοί υπολογιστές - Λύσεις για το μέλλον

Σύμφωνα με τον Dongarra, η επόμενη γενιά υπερυπολογιστών δεν θα είναι απλώς μια παραδοσιακή αναβάθμιση υλικού, αλλά ένας έξυπνος συνδυασμός κλασικών υπολογιστικών συστημάτων με κβαντική τεχνολογία και τεχνητή νοημοσύνη (AI).

Αυτό θεωρείται μια αποφασιστική ανακάλυψη στην υπέρβαση των τρεχόντων περιορισμών του νόμου του Moore, καθώς η σμίκρυνση των τρανζίστορ έχει σχεδόν φτάσει σε ένα φυσικό φράγμα.

Ο Ντονγκάρα τόνισε ότι το μέλλον των υπερυπολογιστών δεν έγκειται στην πλήρη αντικατάσταση των κλασικών συστημάτων με κβαντικούς υπολογιστές, αλλά σε έναν αρμονικό συνδυασμό και των δύο.

Περιγράφει αυτό το υβριδικό σύστημα ως μια πολυεπίπεδη υπολογιστική μηχανή, όπου κάθε στοιχείο θα αναλαμβάνει εργασίες που ταιριάζουν καλύτερα στα χαρακτηριστικά του.

Στο όραμα του Dongarra, οι κβαντικοί επεξεργαστές (QPU) θα λειτουργούσαν ως «εξειδικευμένοι επιταχυντές» για σύνθετα προβλήματα βελτιστοποίησης, ιδιαίτερα σε μοριακές προσομοιώσεις για την ανακάλυψη νέων φαρμάκων ή υλικών.

Αυτά τα προβλήματα είναι εκθετικά πολύπλοκα, καθιστώντας τα άλυτα ακόμη και για τους πιο ισχυρούς υπερυπολογιστές του σήμερα. Ωστόσο, οι κβαντικοί υπολογιστές, οι οποίοι μπορούν να επωφεληθούν από τα φαινόμενα κβαντικής υπέρθεσης και διεμπλοκής, μπορούν να τα χειριστούν πολύ πιο αποτελεσματικά.

Εν τω μεταξύ, οι παραδοσιακές CPU και GPU θα συνεχίσουν να χειρίζονται τις κύριες υπολογιστικές εργασίες, επεξεργάζοντας μεγάλα δεδομένα και εκτελώντας αλγόριθμους τεχνητής νοημοσύνης. Αυτός ο λογικός καταμερισμός εργασίας όχι μόνο βελτιστοποιεί την απόδοση, αλλά βοηθά επίσης στην αξιοποίηση των δυνατοτήτων κάθε τύπου επεξεργαστή.

Μία από τις πιο μοναδικές οπτικές γωνίες του Dongarra είναι ο ρόλος της Τεχνητής Νοημοσύνης στο μελλοντικό σύστημα υπερυπολογιστών. Βλέπει την Τεχνητή Νοημοσύνη όχι απλώς ως μια εφαρμογή που εκτελείται σε έναν υπερυπολογιστή, αλλά ως την «κόλλα» που συνδέει και συντονίζει ολόκληρο το σύστημα.

Ο Τζακ Ντονγκάρα παίζει καθοριστικό ρόλο στην υπολογιστική υψηλών επιδόσεων (Φωτογραφία: Υπουργείο Ενέργειας των ΗΠΑ).

Σύμφωνα με τον Dongarra, η Τεχνητή Νοημοσύνη θα βελτιστοποιεί τους υπερυπολογιστές σε πραγματικό χρόνο, χρησιμοποιώντας τεχνικές προγνωστικής μοντελοποίησης για την έξυπνη κατανομή πόρων. Το σύστημα θα είναι σε θέση να αποφασίζει αυτόματα πότε θα χρησιμοποιήσει έναν συμβατικό επεξεργαστή, πότε θα μεταβεί σε μια QPU και πώς θα τα συνδυάσει για βέλτιστη απόδοση.

Αυτό το όραμα υλοποιείται μέσω πολλών πρωτοποριακών έργων.

Ο γίγαντας των ημιαγωγών Nvidia και η Quantum Machines μόλις παρουσίασαν το σύστημα DGX Quantum, συνδέοντας στενά έναν κβαντικό ελεγκτή με ένα υπερτσιπ τεχνητής νοημοσύνης σε λίγα μόλις μικροδευτερόλεπτα.

Αυτό το σύστημα επιτρέπει τη διόρθωση κβαντικών σφαλμάτων σε πραγματικό χρόνο και τη βαθμονόμηση κβαντικού επεξεργαστή με τεχνητή νοημοσύνη, ανοίγοντας νέες δυνατότητες για κβαντο-κλασικές υβριδικές εφαρμογές.

Νέες προκλήσεις στον παγκόσμιο τεχνολογικό αγώνα.

Ο Ντονγκάρα δεν δίστασε επίσης να συζητήσει τις προκλήσεις που αντιμετωπίζει η βιομηχανία των υπερυπολογιστών, όπως η έλλειψη χρηματοδότησης για την έρευνα και η διεθνής ανταγωνιστική πίεση, ιδίως από την Κίνα.

Οι πρόσφατες εξελίξεις της Κίνας σε αυτόν τον τομέα, όπως ο κβαντικός υπολογιστής Jiuzhang, ο οποίος μπορεί να εκτελεί εργασίες 180 εκατομμύρια φορές ταχύτερα από τον πιο ισχυρό υπερυπολογιστή, ή ο κβαντικός επεξεργαστής Zuchongzhi 3.0 με 105 qubits, έχουν σημάνει συναγερμό για τις δυτικές χώρες.

Ο κβαντικός υπολογιστής Jiuzhang της Κίνας μπορεί να εκτελεί εργασίες 180 εκατομμύρια φορές πιο γρήγορα από τον πιο ισχυρό υπερυπολογιστή (Φωτογραφία: Spectrum)

Η απονομή του φετινού βραβείου Jack Dongarra Early Career Award στον Δρ. Lin Gan του Πανεπιστημίου Tsinghua (Κίνα) για τη συμβολή του στον αλγόριθμο HPC που συνδέει κλασικά και κβαντικά συστήματα επιβεβαιώνει περαιτέρω τον παγκόσμιο χαρακτήρα αυτού του διαγωνισμού.

Ο Ντονγκάρα ζήτησε αυξημένη διεθνή συνεργασία μέσω οργανισμών όπως η Τεχνητή Νοημοσύνη της Βόρειας Αμερικής (NAAI), στην οποία εντάχθηκε πρόσφατα, για την προώθηση της ηθικής ενσωμάτωσης της Τεχνητής Νοημοσύνης στους υπερυπολογιστές.

Ο Dongarra επισημαίνει εξίσου σημαντικές προκλήσεις στην ανάπτυξη του ανθρώπινου δυναμικού. Εξακολουθεί να υπάρχει τεράστια έλλειψη ταλέντων με διεπιστημονική εμπειρογνωμοσύνη στην Τεχνητή Νοημοσύνη, την κβαντική υπολογιστική και την Υψηλή Υπολογιστική Ύψηλη.

Ενώ πρωτοβουλίες όπως το Πρόγραμμα Texas Quantum διευρύνουν το δυναμικό των ταλέντων, η ευρεία ετοιμότητα είναι ακόμη μακριά.

Επιπλέον, η ενσωμάτωση της Τεχνητής Νοημοσύνης, της Υψηλής Υπολογιστικής Κατανάλωσης (HPC) και της κβαντικής τεχνολογίας σε ενοποιημένες ροές εργασίας απαιτεί πολύπλοκο συντονισμό υποδομών, επιβραδύνοντας την ταχύτητα ανάπτυξης. Τα ζητήματα κυβερνοασφάλειας είναι επίσης περίπλοκα, καθώς αυτά τα υβριδικά συστήματα μπορούν να γίνουν στόχοι επιθέσεων από πολλαπλές κατευθύνσεις.

Οι πρωτοποριακές εφαρμογές περιμένουν.

Οι δυνατότητες των υβριδικών συστημάτων υπερυπολογιστών δεν είναι μόνο θεωρητικές. Οι πρακτικές εφαρμογές αναπτύσσονται με ταχύ ρυθμό, από την ανακάλυψη φαρμάκων έως την κλιματική μοντελοποίηση, από τη χρηματοοικονομική βελτιστοποίηση έως την ανάπτυξη προηγμένων υλικών.

Στον ιατρικό τομέα, τα υβριδικά συστήματα μπορούν να προσομοιώσουν πολύπλοκες μοριακές αντιδράσεις για την ταχύτερη και ακριβέστερη ανακάλυψη νέων φαρμακευτικών ενώσεων.

Όσον αφορά την κλιματική αλλαγή, η δυνατότητα επεξεργασίας παγκόσμιων κλιματικών μοντέλων υψηλής ανάλυσης θα βοηθήσει τους επιστήμονες να προβλέπουν και να αντιδρούν καλύτερα σε ακραία καιρικά φαινόμενα.

Στα χρηματοοικονομικά, οι αλγόριθμοι κβαντικής βελτιστοποίησης θα μπορούσαν να φέρουν επανάσταση στην ανάλυση κινδύνου και τη διαχείριση χαρτοφυλακίου. Και στην επιστήμη των υλικών, η δυνατότητα προσομοίωσης της ατομικής δομής σε πρωτοφανή επίπεδα θα ανοίξει τον δρόμο για την ανάπτυξη υπεραγωγών, μπαταριών υψηλής ενέργειας και προηγμένων κραμάτων.

Για την υλοποίηση αυτού του οράματος, ο Dongarra τόνισε τη σημασία της δημιουργίας της σωστής υποδομής. Αυτή περιλαμβάνει όχι μόνο προηγμένο υλικό αλλά και ενδιάμεσο λογισμικό για την ενσωμάτωση κβαντικών κυκλωμάτων με κλασικούς υπολογιστικούς πόρους.

Ο υπερυπολογιστής ABCI-Q της Ιαπωνίας (Φωτογραφία: Wccftech).

Κέντρα υπερυπολογιστών σε όλο τον κόσμο αναπτύσσουν ενεργά αυτήν την υβριδική υποδομή. Το Παγκόσμιο Κέντρο Έρευνας και Ανάπτυξης για την Τεχνολογία Επιχειρήσεων Κβαντικής Τεχνητής Νοημοσύνης (G-QuAT) της Ιαπωνίας με τον υπερυπολογιστή ABCI-Q είναι εξοπλισμένο με 2.020 GPU Nvidia H100, ενσωματωμένες με τους υπεραγώγιμους κβαντικούς επεξεργαστές της Fujitsu, τους επεξεργαστές ουδέτερων ατόμων της QuEra και τους φωτονικούς επεξεργαστές της OptQC.

Ομοίως, έργα στην Ευρώπη, όπως ο υπερυπολογιστής Jupiter της Γερμανίας, ο Fugaku της Ιαπωνίας και ο PSNC της Πολωνίας, έχουν αρχίσει να ενσωματώνουν υλικό κβαντικής υπολογιστικής. Η ανακοίνωση από τη Δανία των σχεδίων για την κατασκευή του κβαντικού υπερυπολογιστή Magne με αρχικά 50 λογικά qubits, μια συνεργασία μεταξύ της Microsoft και της Atom Computing, καταδεικνύει επίσης αυτή την παγκόσμια τάση.

Ετοιμαστείτε για μια νέα εποχή που ξεκινά.

Ο Dongarra προβλέπει ότι την περίοδο από το 2025 έως το 2030 θα δούμε μια έκρηξη εφαρμογών κβαντικών υβριδίων - Τεχνητής Νοημοσύνης.

Οι αρχικές περιπτώσεις χρήσης θα περιλαμβάνουν κβαντικά γενετικά ανταγωνιστικά δίκτυα για την ανακάλυψη φαρμάκων, ενισχυτική μάθηση που υποστηρίζεται από κβαντικές υπορουτίνες και κβαντικά ενισχυμένους επιλυτές βελτιστοποίησης που εφαρμόζονται σε προβλήματα logistics πραγματικού κόσμου.

Με τον κβαντικό οδικό χάρτη της, η IBM αναμένει να επιτύχει σημαντικές ανακαλύψεις φέτος, αίροντας ορισμένα από τα μεγαλύτερα εμπόδια στην κλιμάκωση του κβαντικού υλικού.

Μέχρι το 2026, το τσιπ Kookaburra της IBM θα δημιουργήσει ένα σύστημα 4.158 qubits, σηματοδοτώντας μια σημαντική ανακάλυψη στις δυνατότητες κβαντικής υπολογιστικής.

Το όραμα του Jack Dongarra για το μέλλον των υπερυπολογιστών δεν είναι απλώς μια επιστημονική πρόβλεψη, αλλά και μια έκκληση για δράση. Ο συνδυασμός της κλασικής, της κβαντικής και της τεχνητής νοημοσύνης υπολογιστικής θα δημιουργήσει πρωτοφανείς υπολογιστικές δυνατότητες, ανοίγοντας ευκαιρίες για την επίλυση των μεγαλύτερων προκλήσεων της ανθρωπότητας.

Όπως έχει πει ο Jack Dongarra, μπαίνουμε σε μια νέα εποχή πληροφορικής όπου τα όρια μεταξύ του εφικτού και του μη εφικτού θα επαναπροσδιοριστούν πλήρως. Το ερώτημα δεν είναι αν αυτό θα συμβεί, αλλά αν είμαστε έτοιμοι να το εκμεταλλευτούμε.

Πηγή: https://dantri.com.vn/khoa-hoc/cach-ai-luong-tu-va-tinh-toan-co-dien-dinh-hinh-lai-sieu-may-tinh-20250807140924177.htm