Як штучний інтелект, квантові та класичні обчислення змінюють суперкомп'ютери

(Ден Трі) - Джек Донгарра, відомий як «батько суперкомп'ютерів та наукового програмного забезпечення», щойно окреслив багатообіцяюче майбутнє високопродуктивних обчислень.

Як лауреат премії Тюрінга 2021 року (також відомої як Нобелівська премія з обчислювальної техніки) та один із засновників списку 500 найкращих суперкомп'ютерів світу, погляди Донгарри на майбутнє суперкомп'ютерів є важливими орієнтирами як для наукової спільноти, так і для галузі загалом.

Гібридні комп'ютери - рішення майбутнього

За словами Донгарри, наступне покоління суперкомп'ютерів буде не просто традиційним оновленням обладнання, а розумним поєднанням класичних обчислювальних систем з квантовими технологіями та штучним інтелектом (ШІ).

Це вважається вирішальним кроком для подолання поточних обмежень закону Мура, коли мініатюризація транзисторів майже досягла фізичного бар'єру.

Донгарра наголошує, що майбутнє суперкомп'ютерів полягає не в повній заміні класичних систем квантовими комп'ютерами, а в гармонійному поєднанні обох.

Він описує цю гібридну систему як багаторівневу обчислювальну машину, де кожен компонент виконуватиме завдання, що найкраще відповідають його характеристикам.

Згідно з баченням Донгарри, квантові процесори (QPU) діятимуть як «спеціалізовані прискорювачі» для складних задач оптимізації, зокрема в молекулярному моделюванні для пошуку нових ліків або матеріалів.

Ці проблеми експоненціально складні, що робить їх нерозв'язними навіть для найпотужніших сучасних суперкомп'ютерів. Однак квантові комп'ютери, які можуть використовувати ефекти квантової суперпозиції та заплутаності, можуть вирішувати їх набагато ефективніше.

Тим часом традиційні центральні та графічні процесори продовжуватимуть виконувати основні обчислювальні завдання, обробляючи великі дані та виконуючи алгоритми штучного інтелекту. Такий розумний розподіл праці не лише оптимізує продуктивність, але й допомагає максимально використати сильні сторони кожного типу процесора.

Одна з найунікальніших точок зору Донгарри — це роль штучного інтелекту в майбутній суперкомп'ютерній системі. Він розглядає ШІ не просто як додаток, що працює на суперкомп'ютері, а як «клей», що з'єднує та координує всю систему.

Джек Донгарра відіграє ключову роль у високопродуктивних обчисленнях (Фото: Міністерство енергетики США).

За словами Донгарри, штучний інтелект оптимізуватиме суперкомп'ютери в режимі реального часу, використовуючи методи прогнозного моделювання для інтелектуального розподілу ресурсів. Система зможе автоматично вирішувати, коли використовувати класичні процесори, коли перемикатися на QPU та як координувати їх для оптимальної ефективності.

Це бачення реалізується завдяки багатьом новаторським проектам.

Напівпровідниковий гігант Nvidia та Quantum Machines щойно представили систему DGX Quantum, яка щільно з'єднує квантовий контролер із суперчіпом штучного інтелекту всього за кілька мікросекунд.

Система дозволяє здійснювати квантову корекцію помилок у реальному часі та калібрування квантового процесора на основі штучного інтелекту, відкриваючи нові можливості для гібридних квантово-класичних застосувань.

Нові виклики у світовій технологічній гонці

Донгарра також не ухилявся від обговорення проблем, з якими стикається індустрія суперкомп'ютерів, таких як брак фінансування досліджень та міжнародний конкурентний тиск, особливо з боку Китаю.

Нещодавні досягнення Китаю в цій галузі, такі як квантовий комп'ютер Jiuzhang, який може виконувати завдання у 180 мільйонів разів швидше, ніж найпотужніший суперкомп'ютер, або квантовий процесор Zuchongzhi 3.0 зі 105 кубітами, стали тривожним сигналом для західних країн.

Китайський квантовий комп'ютер Jiuzhang може виконувати завдання у 180 мільйонів разів швидше, ніж найпотужніший суперкомп'ютер (Фото: Spectrum)

Вручення цьогорічної премії Джека Донгарри за ранній розвиток кар'єри доктору Лінь Ганю з Університету Цінхуа (Китай) за його внесок у алгоритми високопродуктивних обчислень, що поєднують класичні та квантові системи, ще раз підтверджує глобальний характер цих перегонів.

Донгарра закликав до посилення міжнародної співпраці через такі організації, як Північноамериканська організація штучного інтелекту (NAAI), до якої він нещодавно приєднався, для сприяння етичній інтеграції штучного інтелекту в суперкомп'ютери.

Донгарра вказує на не менш важливі проблеми у розвитку людських ресурсів. Досі існує величезна нестача талановитих фахівців з міждисциплінарним досвідом у сфері штучного інтелекту, квантових обчислень та високопродуктивних обчислень.

Хоча такі ініціативи, як Техаська квантова програма, розширюють кадровий резерв, до повсюдної готовності все ще далеко.

Крім того, інтеграція штучного інтелекту, високопродуктивних обчислень (HPC) та квантових технологій в уніфіковані робочі процеси вимагає складної координації інфраструктури, що уповільнює розгортання. Проблеми кібербезпеки також ускладнюються, оскільки ці гібридні системи можуть бути атаковані з різних напрямків.

Проривні заявки очікують

Потенціал гібридних суперкомп'ютерних систем не є лише теоретичним. Практичні застосування розробляються швидкими темпами, від розробки ліків до моделювання клімату, від фінансової оптимізації до розробки передових матеріалів.

У медичній галузі гібридні системи можуть імітувати складні молекулярні реакції для швидшого та точнішого виявлення нових фармацевтичних сполук.

Щодо зміни клімату, здатність обробляти глобальні кліматичні моделі з високою роздільною здатністю допоможе вченим краще прогнозувати екстремальні погодні явища та реагувати на них.

У фінансах алгоритми квантової оптимізації можуть революціонізувати аналіз ризиків та управління портфелем. У дослідженні матеріалів здатність моделювати атомну структуру на безпрецедентному рівні може прокласти шлях для надпровідних матеріалів, високоенергетичних батарей та передових сплавів.

Для реалізації цього бачення Донгарра наголосив на важливості побудови належної інфраструктури. Це включає не лише передове обладнання, але й проміжне програмне забезпечення для інтеграції квантових схем із класичними обчислювальними ресурсами.

Японський суперкомп'ютер ABCI-Q (Фото: Wccftech).

Суперкомп'ютерні центри по всьому світу активно розгортають цю гібридну інфраструктуру. Японський Глобальний центр досліджень і розробок квантових бізнес-технологій штучного інтелекту (G-QuAT) зі своїм суперкомп'ютером ABCI-Q, оснащеним 2020 графічними процесорами Nvidia H100, інтегрованими з надпровідними квантовими процесорами Fujitsu, процесорами нейтральних атомів QuEra та фотонними процесорами OptQC.

Аналогічно, проекти в Європі, такі як німецький суперкомп'ютер Jupiter, японський Fugaku та польський PSNC, почали інтегрувати апаратне забезпечення для квантових обчислень. Оголошення Данією про плани створення квантового суперкомп'ютера Magne з початковими 50 логічними кубітами у співпраці з Microsoft та Atom Computing також відображає цю глобальну тенденцію.

Будьте готові до нової ери, яка починається

Донгарра прогнозує, що в період 2025-2030 років відбудеться вибуховий ріст гібридних застосувань квантового штучного інтелекту.

Початкові варіанти використання включатимуть квантові генеративно-змагальні мережі для розробки ліків, навчання з підкріпленням на основі квантових підпрограм та розв'язувачі квантово-оптимізованих задач, що застосовуються до реальних логістичних задач.

IBM зі своєю квантовою дорожньою картою очікує значних проривів цього року, усунувши деякі з найбільших бар'єрів для масштабування квантового обладнання.

До 2026 року чіп IBM Kookaburra створить систему з 4158 кубітів, що стане проривом у можливостях квантових обчислень.

Бачення Джека Донгарри майбутнього суперкомп'ютерів — це не просто наукове передбачення, а й заклик до дії. Поєднання класичних, квантових та штучного інтелекту обчислень створить безпрецедентні обчислювальні можливості, відкриваючи можливості для вирішення найбільших проблем людства.

Як сказав Джек Донгарра, ми вступаємо в нову еру обчислювальної техніки, де межі між можливим і неможливим будуть повністю переосмислені. Питання не в тому, чи станеться це, а в тому, чи готові ми скористатися цим.

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