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 τους υπολογιστές υψηλής απόδοσης.

Ως κάτοχος του βραβείου Turing του 2021 (γνωστού και ως βραβείο Νόμπελ πληροφορικής) και ένας από τους ιδρυτές της λίστας Top 500 που κατατάσσει τους ισχυρότερους υπερυπολογιστές στον κόσμο, οι απόψεις του Dongarra για το μέλλον των υπερυπολογιστών αποτελούν σημαντικούς οδηγούς τόσο για την επιστημονική κοινότητα όσο και για τον κλάδο 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 ένα αποφασιστικό βήμα για την υπέρβαση των τρεχόντων ορίων του Νόμου του Moore, όταν η μικρογράφηση των τρανζίστορ έχει σχεδόν φτάσει σε ένα φυσικό φράγμα.

Ο Dongarra τονίζει 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.

Σύμφωνα με το όραμα του Dongarra, οι κβαντικές μονάδες επεξεργασίας (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, γεγονός που καθιστά δύσκολη την επίλυσή τους ακόμη και για τους πιο ισχυρούς υπερυπολογιστές σήμερα. Ωστόσο, οι κβαντικοί υπολογιστές, οι οποίοι μπορούν να εκμεταλλευτούν 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 σύστημα υπερυπολογιστών του μέλλοντος. 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 βελτιστοποιήσει 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 χρησιμοποιεί κλασικούς επεξεργαστές, πότε θα μεταβαίνει σε QPU και πώς θα τους συντονίζει 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 τους κβαντικούς ελεγκτές με τα υπερτσιπ τεχνητής νοημοσύνης σε λίγα μόλις μικροδευτερόλεπτα.

Το σύστημα επιτρέπει τη διόρθωση κβαντικών σφαλμάτων σε πραγματικό χρόνο και τη βαθμονόμηση κβαντικού επεξεργαστή με βάση την τεχνητή νοημοσύνη, ανοίγοντας νέες δυνατότητες για υβριδικές κβαντοκλασικές εφαρμογές.

Νέες προκλήσεις στον παγκόσμιο τεχνολογικό αγώνα

Ο Dongarra 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 που μπορεί να εκτελεί εργασίες 180 εκατομμύρια φορές πιο γρήγορα 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 σε αλγόριθμους HPC που γεφυρώνουν τα κλασικά και τα κβαντικά συστήματα επιβεβαιώνει περαιτέρω τον παγκόσμιο χαρακτήρα αυτής της φυλής.

Ο Ντονγκάρα ζητά 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 Υπερυψηλής Υπολογιστικής (HPC).

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

Επιπλέον, η ενσωμάτωση τεχνολογιών Τεχνητής Νοημοσύνης, Υψηλής Υπολογιστικής Κατανάλωσης (HPC) και κβαντικών τεχνολογιών σε ενοποιημένες ροές εργασίας απαιτεί πολύπλοκο συντονισμό υποδομών που επιβραδύνει την ανάπτυξη. Η κυβερνοασφάλεια καθίσταται επίσης πιο περίπλοκη, καθώς αυτά τα υβριδικά συστήματα μπορούν να στοχεύσουν από πολλαπλές κατευθύνσεις.

Αναμένονται πρωτοποριακές αιτήσεις

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 εύρεση νέων φαρμακευτικών ενώσεων.

Για την κλιματική αλλαγή, η δυνατότητα επεξεργασίας παγκόσμιων κλιματικών μοντέλων σε υψηλή ανάλυση 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 στη διαχείριση χαρτοφυλακίου. Και στην έρευνα υλικών, η δυνατότητα προσομοίωσης της ατομικής δομής σε πρωτοφανές επίπεδο θα μπορούσε να ανοίξει τον δρόμο για υπεραγώγιμα υλικά, μπαταρίες υψηλής ενέργειας και προηγμένα κράματα.

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 Επιχειρηματική Τεχνολογία Κβαντικής Τεχνητής Νοημοσύνης (G-QuAT) της Ιαπωνίας με τον υπερυπολογιστή ABCI-Q, εξοπλισμένο με 2.020 GPU Nvidia H100, ενσωματωμένες με τους υπεραγώγιμους κβαντικούς επεξεργαστές της Fujitsu, τους επεξεργαστές ουδέτερων ατόμων QuEra και τους φωτονικούς επεξεργαστές OptQC.

Ομοίως, ευρωπαϊκά έργα 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, σε συνεργασία με τη Microsoft και την Atom Computing, αντικατοπτρίζει επίσης αυτήν την παγκόσμια τάση.

Ετοιμαστείτε για μια νέα εποχή που ξεκινά

Ο Dongarra προβλέπει ότι την περίοδο 2025-2030 θα δούμε μια έκρηξη υβριδικών εφαρμογών κβαντικής 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.

Η IBM, με τον κβαντικό οδικό χάρτη της, αναμένει να σημειώσει σημαντικές ανακαλύψεις φέτος, αίροντας μερικά από τα μεγαλύτερα εμπόδια στην κλιμάκωση του κβαντικού υλικού.

Μέχρι το 2026, το τσιπ Kookaburra της IBM θα δημιουργήσει ένα σύστημα 4.158 qubit, σηματοδοτώντας ένα σημαντικό άλμα προς τα εμπρός 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 την πόρτα στην επίλυση των μεγαλύτερων προκλήσεων της ανθρωπότητας.

Όπως έχει πει ο Jack Dongarra, μπαίνουμε σε μια νέα εποχή της 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