Bagaimana AI, kuantum dan pengkomputeran klasik membentuk semula superkomputer

(Dan Tri) - Jack Dongarra, yang dikenali sebagai "bapa superkomputer dan perisian saintifik" baru sahaja menggariskan masa depan yang menjanjikan untuk pengkomputeran berprestasi tinggi.

Sebagai pemenang Anugerah Turing 2021 (juga dikenali sebagai Hadiah Nobel pengkomputeran) dan salah seorang pengasas Senarai 500 Teratas yang menyenaraikan superkomputer paling berkuasa di dunia, pandangan Dongarra tentang masa depan superkomputer adalah panduan penting untuk komuniti saintifik dan industri secara amnya.

Komputer Hibrid - Penyelesaian untuk Masa Depan

Menurut Dongarra, generasi superkomputer seterusnya bukan sekadar peningkatan perkakasan tradisional, tetapi gabungan pintar sistem pengkomputeran klasik dengan teknologi kuantum dan kecerdasan buatan (AI).

Ini dianggap sebagai langkah tegas untuk mengatasi had semasa Hukum Moore, apabila pengecilan transistor hampir mencapai halangan fizikal.

Dongarra menekankan bahawa masa depan superkomputer bukan terletak pada menggantikan sepenuhnya sistem klasik dengan komputer kuantum, tetapi dalam gabungan harmoni kedua-duanya.

Beliau menerangkan sistem hibrid ini sebagai mesin pengkomputeran berbilang lapisan, di mana setiap komponen akan menjalankan tugas yang paling sesuai dengan ciri-cirinya.

Dalam visi Dongarra, unit pemprosesan kuantum (QPU) akan bertindak sebagai "pemecut khusus" untuk masalah pengoptimuman yang kompleks, terutamanya dalam simulasi molekul untuk menemui ubat atau bahan baharu.

Masalah ini adalah kompleks secara eksponen, menjadikannya sukar untuk diselesaikan oleh superkomputer yang paling berkuasa hari ini. Walau bagaimanapun, komputer kuantum, yang boleh mengambil kesempatan daripada superposisi kuantum dan kesan belitan, boleh mengendalikannya dengan lebih cekap.

Sementara itu, CPU dan GPU tradisional akan terus mengendalikan tugas pengkomputeran utama, memproses data besar dan melaksanakan algoritma AI. Pembahagian kerja yang munasabah ini bukan sahaja mengoptimumkan prestasi tetapi juga membantu untuk memanfaatkan sepenuhnya kekuatan setiap jenis pemproses.

Salah satu perspektif Dongarra yang paling unik ialah peranan AI dalam sistem superkomputer masa depan. Dia melihat AI bukan sekadar aplikasi yang berjalan pada superkomputer, tetapi sebagai "gam" yang menghubungkan dan menyelaraskan keseluruhan sistem.

Jack Dongarra memainkan peranan penting dalam pengkomputeran berprestasi tinggi (Foto: Jabatan Tenaga AS).

Menurut Dongarra, AI akan mengoptimumkan superkomputer dalam masa nyata, menggunakan teknik pemodelan ramalan untuk memperuntukkan sumber secara bijak. Sistem ini akan dapat memutuskan secara automatik masa untuk menggunakan pemproses klasik, masa untuk beralih kepada QPU, dan cara menyelaraskannya untuk kecekapan optimum.

Visi ini direalisasikan melalui banyak projek perintis.

Nvidia gergasi semikonduktor dan Mesin Kuantum baru sahaja memperkenalkan sistem Kuantum DGX, menghubungkan pengawal kuantum dengan rapat dengan cip besar AI dalam beberapa mikrosaat sahaja.

Sistem ini membolehkan pembetulan ralat kuantum masa nyata dan penentukuran pemproses kuantum berasaskan AI, membuka kemungkinan baharu untuk aplikasi kuantum klasik hibrid.

Cabaran baharu dalam perlumbaan teknologi global

Dongarra juga tidak lari daripada membincangkan cabaran yang dihadapi industri superkomputer, seperti kekurangan pembiayaan penyelidikan dan tekanan persaingan antarabangsa, terutamanya dari China.

Kemajuan China baru-baru ini dalam bidang ini, seperti komputer kuantum Jiuzhang yang boleh melaksanakan tugas 180 juta kali lebih pantas daripada superkomputer paling berkuasa, atau pemproses kuantum Zuchongzhi 3.0 dengan 105 qubit, telah membunyikan panggilan bangun untuk negara Barat.

Komputer kuantum Jiuzhang China boleh melaksanakan tugas 180 juta kali lebih pantas daripada superkomputer paling berkuasa (Foto: Spektrum)

Penganugerahan Anugerah Kerjaya Awal Jack Dongarra tahun ini kepada Dr. Lin Gan dari Universiti Tsinghua (China) atas sumbangannya kepada algoritma HPC yang merapatkan sistem klasik dan kuantum mengesahkan lagi sifat global kaum ini.

Dongarra menyeru untuk meningkatkan kerjasama antarabangsa melalui organisasi seperti Kecerdasan Buatan Amerika Utara (NAAI), yang disertainya baru-baru ini, untuk mempromosikan penyepaduan etika AI ke dalam superkomputer.

Dongarra menunjukkan cabaran yang sama penting dalam membangunkan sumber manusia. Masih terdapat kekurangan besar bakat dengan kepakaran antara disiplin dalam AI, pengkomputeran kuantum dan HPC.

Walaupun inisiatif seperti Program Kuantum Texas mengembangkan kumpulan bakat, kesediaan yang meluas masih jauh.

Tambahan pula, penyepaduan AI, HPC dan teknologi kuantum ke dalam aliran kerja bersatu memerlukan penyelarasan infrastruktur yang kompleks yang memperlahankan penggunaan. Keselamatan siber juga menjadi lebih kompleks kerana sistem hibrid ini boleh disasarkan dari pelbagai arah.

Aplikasi terobosan menanti

Potensi sistem superkomputer hibrid bukan sekadar teori. Aplikasi praktikal sedang dibangunkan dengan pantas, daripada penemuan ubat kepada pemodelan iklim, daripada pengoptimuman kewangan kepada pembangunan bahan lanjutan.

Dalam bidang perubatan, sistem hibrid boleh mensimulasikan tindak balas molekul kompleks untuk mencari sebatian farmaseutikal baharu dengan lebih cepat dan tepat.

Untuk perubahan iklim, keupayaan untuk memproses model iklim global pada resolusi tinggi akan membantu saintis meramalkan dan bertindak balas dengan lebih baik terhadap kejadian cuaca ekstrem.

Dalam kewangan, algoritma pengoptimuman kuantum boleh merevolusikan analisis risiko dan pengurusan portfolio. Dan dalam penyelidikan bahan, keupayaan untuk mensimulasikan struktur atom pada tahap yang tidak pernah berlaku sebelum ini boleh membuka jalan kepada bahan superkonduktor, bateri bertenaga tinggi dan aloi termaju.

Untuk merealisasikan visi ini, Dongarra menekankan kepentingan membina infrastruktur yang betul. Ini termasuk bukan sahaja perkakasan lanjutan tetapi juga perisian tengah untuk menyepadukan litar kuantum dengan sumber pengkomputeran klasik.

Superkomputer ABCI-Q Jepun (Foto: Wccftech).

Pusat pengkomputeran super di seluruh dunia sedang aktif menggunakan infrastruktur hibrid ini. Pusat Penyelidikan dan Pembangunan Global Jepun untuk Teknologi Perniagaan Kuantum-AI (G-QuAT) dengan superkomputer ABCI-Q dilengkapi dengan 2,020 GPU Nvidia H100, disepadukan dengan pemproses kuantum superkonduktor Fujitsu, pemproses atom neutral QuEra dan pemproses fotonik OptQC.

Begitu juga, projek Eropah seperti superkomputer Musytari Jerman, Fugaku Jepun, dan PSNC Poland semuanya telah mula menyepadukan perkakasan pengkomputeran kuantum. Pengumuman Denmark tentang rancangan untuk membina superkomputer kuantum Magne dengan 50 qubit logik awal, dengan kerjasama Microsoft dan Atom Computing, juga mencerminkan trend global ini.

Bersedia untuk era baru yang bermula

Dongarra meramalkan bahawa tempoh 2025-2030 akan menyaksikan letupan aplikasi hibrid kuantum-AI.

Kes penggunaan awal akan merangkumi rangkaian musuh generatif kuantum untuk penemuan ubat, pembelajaran pengukuhan yang dikuasakan oleh subrutin kuantum dan penyelesai pengoptimuman dipertingkatkan kuantum yang digunakan untuk masalah logistik dunia sebenar.

IBM, dengan pelan hala tuju kuantumnya, menjangka untuk membuat penemuan penting tahun ini, menghapuskan beberapa halangan terbesar untuk menskala perkakasan kuantum.

Menjelang 2026, cip Kookaburra IBM akan mencipta sistem 4,158 qubit, menandakan lonjakan besar ke hadapan dalam keupayaan pengkomputeran kuantum.

Visi Jack Dongarra tentang masa depan superkomputer bukan sekadar ramalan saintifik, tetapi juga seruan untuk bertindak. Gabungan pengkomputeran klasik, kuantum dan AI akan mewujudkan keupayaan pengkomputeran yang tidak pernah berlaku sebelum ini, membuka pintu untuk menyelesaikan cabaran terbesar umat manusia.

Seperti yang dikatakan Jack Dongarra, kita sedang memasuki era baru pengkomputeran, di mana sempadan antara apa yang mungkin dan apa yang tidak mungkin akan ditakrifkan semula sepenuhnya. Persoalannya bukan sama ada ini akan berlaku, tetapi adakah kita bersedia untuk merebutnya.

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