Bagaimana AI, kuantum, dan komputasi klasik membentuk kembali superkomputer

(Dan Tri) - Jack Dongarra, yang dikenal sebagai "bapak superkomputer dan perangkat lunak ilmiah" baru saja menguraikan masa depan yang menjanjikan untuk komputasi berkinerja tinggi.

Sebagai pemenang Penghargaan Turing 2021 (juga dikenal sebagai Hadiah Nobel komputasi) dan salah satu pendiri Daftar 500 Teratas yang memberi peringkat superkomputer terkuat di dunia, pandangan Dongarra tentang masa depan superkomputer merupakan panduan penting bagi komunitas ilmiah dan industri secara luas.

Komputer Hibrida - Solusi untuk Masa Depan

Menurut Dongarra, generasi superkomputer berikutnya tidak akan sekadar peningkatan perangkat keras tradisional, tetapi kombinasi cerdas sistem komputasi klasik dengan teknologi kuantum dan kecerdasan buatan (AI).

Ini dianggap sebagai langkah yang menentukan untuk mengatasi batasan Hukum Moore saat ini, ketika miniaturisasi transistor hampir mencapai penghalang fisik.

Dongarra menekankan bahwa masa depan superkomputer tidak terletak pada penggantian sepenuhnya sistem klasik dengan komputer kuantum, tetapi pada kombinasi harmonis keduanya.

Ia menggambarkan sistem hibrida ini sebagai mesin komputasi berlapis-lapis, yang mana setiap komponen akan menjalankan tugas yang paling sesuai dengan karakteristiknya.

Dalam visi Dongarra, unit pemrosesan kuantum (QPU) akan bertindak sebagai “akselerator khusus” untuk masalah pengoptimalan yang kompleks, khususnya dalam simulasi molekuler untuk menemukan obat atau material baru.

Permasalahan-permasalahan ini sangat kompleks, sehingga sulit dipecahkan bahkan oleh superkomputer terkuat saat ini. Namun, komputer kuantum, yang dapat memanfaatkan efek superposisi dan keterikatan kuantum, dapat menanganinya dengan jauh lebih efisien.

Sementara itu, CPU dan GPU tradisional akan tetap menangani tugas-tugas komputasi utama, memproses big data, dan menjalankan algoritma AI. Pembagian kerja yang wajar ini tidak hanya mengoptimalkan kinerja tetapi juga membantu memaksimalkan kekuatan masing-masing jenis prosesor.

Salah satu perspektif Dongarra yang paling unik adalah peran AI dalam sistem superkomputer masa depan. Ia memandang AI bukan sekadar aplikasi yang berjalan di superkomputer, melainkan sebagai "perekat" yang menghubungkan dan mengoordinasikan seluruh sistem.

Jack Dongarra memainkan peran penting dalam komputasi kinerja tinggi (Foto: Departemen Energi AS).

Menurut Dongarra, AI akan mengoptimalkan superkomputer secara real-time, menggunakan teknik pemodelan prediktif untuk mengalokasikan sumber daya secara cerdas. Sistem ini akan dapat secara otomatis memutuskan kapan harus menggunakan prosesor klasik, kapan harus beralih ke QPU, dan bagaimana mengoordinasikannya untuk efisiensi optimal.

Visi ini diwujudkan melalui banyak proyek perintis.

Raksasa semikonduktor Nvidia dan Quantum Machines baru saja memperkenalkan sistem DGX Quantum, yang menghubungkan pengontrol kuantum dengan superchip AI hanya dalam beberapa mikrodetik.

Sistem ini memungkinkan koreksi kesalahan kuantum waktu nyata dan kalibrasi prosesor kuantum berbasis AI, membuka kemungkinan baru untuk aplikasi kuantum-klasik hibrid.

Tantangan baru dalam perlombaan teknologi global

Dongarra juga tidak malu membahas tantangan yang dihadapi industri superkomputer, seperti kurangnya dana penelitian dan tekanan persaingan internasional, terutama dari Tiongkok.

Kemajuan terkini Tiongkok di bidang ini, seperti komputer kuantum Jiuzhang yang dapat melakukan tugas 180 juta kali lebih cepat daripada superkomputer terkuat, atau prosesor kuantum Zuchongzhi 3.0 dengan 105 qubit, telah menjadi peringatan bagi negara-negara Barat.

Komputer kuantum Jiuzhang Tiongkok dapat melakukan tugas 180 juta kali lebih cepat daripada superkomputer terkuat (Foto: Spectrum)

Pemberian Penghargaan Karier Awal Jack Dongarra tahun ini kepada Dr. Lin Gan dari Universitas Tsinghua (Tiongkok) atas kontribusinya pada algoritma HPC yang menjembatani sistem klasik dan kuantum semakin menegaskan sifat global dari perlombaan ini.

Dongarra menyerukan peningkatan kerja sama internasional melalui organisasi seperti North American Artificial Intelligence (NAAI), yang baru-baru ini diikutinya, untuk mempromosikan integrasi etis AI ke dalam superkomputer.

Dongarra menyoroti tantangan yang sama pentingnya dalam pengembangan sumber daya manusia. Masih terdapat kekurangan besar talenta dengan keahlian interdisipliner di bidang AI, komputasi kuantum, dan HPC.

Sementara inisiatif seperti Program Kuantum Texas memperluas kumpulan bakat, kesiapan yang meluas masih jauh.

Lebih lanjut, mengintegrasikan teknologi AI, HPC, dan kuantum ke dalam alur kerja terpadu membutuhkan koordinasi infrastruktur yang kompleks sehingga memperlambat penerapan. Keamanan siber juga menjadi semakin kompleks karena sistem hibrida ini dapat ditargetkan dari berbagai arah.

Aplikasi terobosan menanti

Potensi sistem superkomputer hibrida bukan hanya sekadar teori. Aplikasi praktisnya sedang dikembangkan dengan pesat, mulai dari penemuan obat hingga pemodelan iklim, dari optimasi finansial hingga pengembangan material canggih.

Di bidang medis, sistem hibrida dapat mensimulasikan reaksi molekuler yang kompleks untuk menemukan senyawa farmasi baru dengan lebih cepat dan akurat.

Untuk perubahan iklim, kemampuan untuk memproses model iklim global pada resolusi tinggi akan membantu para ilmuwan memprediksi dan menanggapi peristiwa cuaca ekstrem dengan lebih baik.

Di bidang keuangan, algoritma optimasi kuantum dapat merevolusi analisis risiko dan manajemen portofolio. Dan dalam penelitian material, kemampuan untuk mensimulasikan struktur atom pada tingkat yang belum pernah terjadi sebelumnya dapat membuka jalan bagi material superkonduktor, baterai berenergi tinggi, dan paduan canggih.

Untuk mewujudkan visi ini, Dongarra menekankan pentingnya membangun infrastruktur yang tepat. Ini tidak hanya mencakup perangkat keras canggih tetapi juga middleware untuk mengintegrasikan sirkuit kuantum dengan sumber daya komputasi klasik.

Superkomputer ABCI-Q Jepang (Foto: Wccftech).

Pusat-pusat superkomputer di seluruh dunia secara aktif menerapkan infrastruktur hibrida ini. Pusat Penelitian dan Pengembangan Global untuk Teknologi Bisnis Kuantum-AI (G-QuAT) Jepang, dengan superkomputer ABCI-Q-nya, dilengkapi dengan 2.020 GPU Nvidia H100, terintegrasi dengan prosesor kuantum superkonduktor Fujitsu, prosesor atom netral QuEra, dan prosesor fotonik OptQC.

Demikian pula, proyek-proyek Eropa seperti superkomputer Jupiter di Jerman, Fugaku di Jepang, dan PSNC di Polandia semuanya telah mulai mengintegrasikan perangkat keras komputasi kuantum. Pengumuman Denmark tentang rencana untuk membangun superkomputer kuantum Magne dengan 50 qubit logis awal, bekerja sama dengan Microsoft dan Atom Computing, juga mencerminkan tren global ini.

Bersiaplah untuk era baru yang sedang dimulai

Dongarra memperkirakan bahwa periode 2025-2030 akan menyaksikan ledakan aplikasi hibrida AI kuantum.

Kasus penggunaan awal akan mencakup jaringan adversarial generatif kuantum untuk penemuan obat, pembelajaran penguatan yang didukung oleh subrutin kuantum, dan pemecah optimasi yang ditingkatkan kuantum yang diterapkan pada masalah logistik dunia nyata.

IBM, dengan peta jalan kuantumnya, berharap dapat membuat terobosan signifikan tahun ini, menghilangkan beberapa hambatan terbesar dalam penskalaan perangkat keras kuantum.

Pada tahun 2026, chip Kookaburra milik IBM akan menciptakan sistem 4.158 qubit, menandai lompatan besar ke depan dalam kemampuan komputasi kuantum.

Visi Jack Dongarra tentang masa depan superkomputer bukan sekadar prediksi ilmiah, tetapi juga ajakan untuk bertindak. Kombinasi komputasi klasik, kuantum, dan AI akan menciptakan kemampuan komputasi yang tak tertandingi, membuka pintu untuk memecahkan tantangan terbesar umat manusia.

Seperti yang dikatakan Jack Dongarra, kita sedang memasuki era baru komputasi, di mana batasan antara apa yang mungkin dan apa yang tidak mungkin akan didefinisikan ulang sepenuhnya. Pertanyaannya bukanlah apakah ini akan terjadi, tetapi apakah kita siap untuk meraihnya.

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