Hogyan alakítja át a mesterséges intelligencia, a kvantumszámítás és a klasszikus számítástechnika a szuperszámítógépeket?

(Dan Tri) - Jack Dongarra, akit a "szuperszámítógépek és tudományos szoftverek atyjaként" ismernek, most felvázolta a nagy teljesítményű számítástechnika ígéretes jövőjét.

Dongarra, a 2021-es Turing-díjas (más néven számítástechnikai Nobel-díjas) és a világ legerősebb szuperszámítógépeit rangsoroló Top 500-as lista egyik alapítójaként a szuperszámítógépek jövőjéről alkotott nézetei fontos útmutatók mind a tudományos közösség, mind az iparág egésze számára.

Hibrid számítógépek - Megoldások a jövő számára

Dongarra szerint a szuperszámítógépek következő generációja nem egyszerűen hagyományos hardverfrissítés lesz, hanem a klasszikus számítástechnikai rendszerek, a kvantumtechnológia és a mesterséges intelligencia (MI) okos kombinációja.

Ez döntő lépésnek tekinthető Moore törvényének jelenlegi korlátainak leküzdésében, amikor a tranzisztor miniatürizálása már majdnem elérte a fizikai akadályt.

Dongarra hangsúlyozza, hogy a szuperszámítástechnika jövője nem a klasszikus rendszerek kvantumszámítógépekkel való teljes felváltásában rejlik, hanem a kettő harmonikus kombinációjában.

Ezt a hibrid rendszert egy többrétegű számítástechnikai gépként írja le, ahol minden komponens a saját jellemzőinek leginkább megfelelő feladatokat látja el.

Dongarra elképzelése szerint a kvantumprocesszorok (QPU-k) „specializált gyorsítókként” működnének komplex optimalizálási problémák esetén, különösen az új gyógyszerek vagy anyagok felfedezésére irányuló molekuláris szimulációkban.

Ezek a problémák exponenciálisan összetettek, így még a mai legerősebb szuperszámítógépek sem képesek megoldani őket. A kvantumszámítógépek azonban, amelyek kihasználhatják a kvantum-szuperpozíció és az összefonódási hatások előnyeit, sokkal hatékonyabban tudják kezelni őket.

Eközben a hagyományos CPU-k és GPU-k továbbra is elvégzik a fő számítási feladatokat, feldolgozzák a big data-t és végrehajtják a mesterséges intelligencia algoritmusait. Ez az ésszerű munkamegosztás nemcsak a teljesítményt optimalizálja, hanem segít a lehető legtöbbet kihozni az egyes processzortípusok erősségeiből.

Dongarra egyik legegyedibb nézőpontja a mesterséges intelligencia szerepe a jövő szuperszámítógépes rendszerében. A mesterséges intelligenciát nem egyszerűen egy szuperszámítógépen futó alkalmazásnak tekinti, hanem a teljes rendszert összekötő és koordináló „összekötő” elemnek.

Jack Dongarra kulcsszerepet játszott a nagy teljesítményű számítástechnikában (Fotó: US Department of Energy).

Dongarra szerint a mesterséges intelligencia valós időben optimalizálja a szuperszámítógépeket, prediktív modellezési technikákat alkalmazva az erőforrások intelligens elosztására. A rendszer képes lesz automatikusan eldönteni, hogy mikor használjon klasszikus processzorokat, mikor váltson QPU-kra, és hogyan koordinálja őket az optimális hatékonyság érdekében.

Ez a vízió számos úttörő projekten keresztül valósul meg.

Az Nvidia félvezetőóriás és a Quantum Machines bemutatta a DGX Quantum rendszert, amely mindössze néhány mikroszekundum alatt szorosan összekapcsol egy kvantumvezérlőt egy mesterséges intelligencia szuperchippel.

A rendszer lehetővé teszi a valós idejű kvantumhiba-korrekciót és a mesterséges intelligencia alapú kvantumprocesszor-kalibrálást, új lehetőségeket nyitva meg a hibrid kvantumklasszikus alkalmazások számára.

Új kihívások a globális technológiai versenyben

Dongarra nem riadt vissza attól sem, hogy megvitassa a szuperszámítástechnikai ipart érintő kihívásokat, mint például a kutatási finanszírozás hiánya és a nemzetközi versenynyomás, különösen Kínából.

Kína legújabb eredményei ezen a területen, mint például a Jiuzhang kvantumszámítógép, amely 180 milliószor gyorsabban képes feladatokat végrehajtani, mint a legerősebb szuperszámítógép, vagy a 105 qubites Zuchongzhi 3.0 kvantumprocesszor, ébresztőt jelentettek a nyugati országok számára.

Kína Jiuzhang kvantumszámítógépe 180 milliószor gyorsabban képes feladatokat végrehajtani, mint a legerősebb szuperszámítógép (Fotó: Spectrum)

Az idei Jack Dongarra Early Career Award díj odaítélése Dr. Lin Gannek a Tsinghua Egyetemről (Kína) a klasszikus és kvantumrendszereket áthidaló HPC algoritmusokhoz való hozzájárulásáért tovább erősíti e verseny globális jellegét.

Dongarra a mesterséges intelligencia szuperszámítógépekbe való etikus integrációjának előmozdítása érdekében fokozott nemzetközi együttműködést szorgalmazott olyan szervezeteken keresztül, mint az Észak-Amerikai Mesterséges Intelligencia (NAAI), amelyhez nemrégiben csatlakozott.

Dongarra rámutat a humánerőforrás-fejlesztés terén jelentkező, ugyanilyen fontos kihívásokra. Továbbra is hatalmas hiány van a mesterséges intelligencia, a kvantum-számítástechnika és a HPC területén interdiszciplináris szakértelemmel rendelkező tehetségekből.

Míg az olyan kezdeményezések, mint a Texas Quantum Program, bővítik a tehetségbázist, a széles körű felkészültség még messze van.

Továbbá a mesterséges intelligencia, a nagy teljesítményű számítástechnika és a kvantumtechnológiák egységes munkafolyamatokba integrálása összetett infrastruktúra-koordinációt igényel, ami lelassítja a telepítést. A kiberbiztonsági problémákat az is súlyosbítja, hogy ezeket a hibrid rendszereket több irányból is célba lehet venni.

Áttörő alkalmazások várnak

A hibrid szuperszámítógépes rendszerek lehetőségei nem csupán elméletiek. A gyakorlati alkalmazások fejlesztése gyors ütemben zajlik, a gyógyszerkutatástól az éghajlati modellezésen át a pénzügyi optimalizálástól a fejlett anyagok fejlesztéséig.

Az orvostudományban a hibrid rendszerek képesek komplex molekuláris reakciók szimulálására, hogy gyorsabban és pontosabban fedezzék fel az új gyógyszerészeti vegyületeket.

Az éghajlatváltozás tekintetében a globális éghajlati modellek nagy felbontású feldolgozásának képessége segíteni fogja a tudósokat a szélsőséges időjárási események jobb előrejelzésében és kezelésében.

A pénzügyekben a kvantumoptimalizáló algoritmusok forradalmasíthatják a kockázatelemzést és a portfóliókezelést. Az anyagkutatásban az atomszerkezet példátlan szintű szimulációjának képessége utat nyithat a szupravezető anyagok, a nagy energiájú akkumulátorok és a fejlett ötvözetek számára.

Dongarra hangsúlyozta a vízió megvalósításához a megfelelő infrastruktúra kiépítésének fontosságát. Ez nemcsak a fejlett hardvert foglalja magában, hanem a kvantumáramkörök klasszikus számítástechnikai erőforrásokkal való integrálásához szükséges köztes szoftvereket is.

Japán ABCI-Q szuperszámítógépe (Fotó: Wccftech).

A világ szuperszámítógépes központjai aktívan alkalmazzák ezt a hibrid infrastruktúrát. Japánban a Kvantum-MI Üzleti Technológia Globális Kutatási és Fejlesztési Központja (G-QuAT) ABCI-Q szuperszámítógéppel rendelkezik, amely 2020 Nvidia H100 GPU-val van felszerelve, integrálva a Fujitsu szupravezető kvantumprocesszoraival, a QuEra semleges atomprocesszoraival és az OptQC fotonikus processzoraival.

Hasonlóképpen, olyan európai projektek, mint a német Jupiter szuperszámítógép, a japán Fugaku és a lengyel PSNC, mind elkezdték a kvantumszámítástechnikai hardverek integrálását. Dánia bejelentése, miszerint a Microsofttal és az Atom Computinggal együttműködve megépíti a Magne kvantum szuperszámítógépet kezdetben 50 logikai qubittel, szintén ezt a globális trendet tükrözi.

Készülj fel egy új korszak kezdetére

Dongarra előrejelzése szerint a 2025 és 2030 közötti időszakban a kvantum-mesterséges intelligencia hibrid alkalmazások robbanásszerű növekedése lesz tapasztalható.

A kezdeti felhasználási esetek között szerepelnek majd a gyógyszerkutatáshoz használt kvantumgeneratív adverzális hálózatok, a kvantum-szubrutinok által működtetett megerősítéses tanulás, valamint a valós logisztikai problémákra alkalmazott kvantum-támogatású optimalizáló megoldók.

Az IBM a kvantum ütemtervével jelentős áttöréseket vár idén, elhárítva a kvantum hardverek skálázásának legnagyobb akadályait.

2026-ra az IBM Kookaburra chipje egy 4158 qubitből álló rendszert hoz létre, ami áttörést jelent a kvantum-számítástechnikai képességekben.

Jack Dongarra szuperszámítástechnika jövőjéről alkotott víziója nemcsak tudományos jóslat, hanem cselekvésre való felhívás is. A klasszikus, a kvantum- és a mesterséges intelligencia által fejlesztett számítástechnika kombinációja példátlan számítási képességeket teremt, megnyitva a lehetőséget az emberiség legnagyobb kihívásainak megoldására.

Ahogy Jack Dongarra mondta, a számítástechnika egy új korszakába lépünk, ahol a lehetséges és a lehetetlen közötti határok teljesen újraértelmeződnek. A kérdés nem az, hogy ez megtörténik-e, hanem az, hogy készen állunk-e megragadni.

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