Как называют модели компьютеров последних разработок
План статьи:
1. Инфоповод – неожиданное заявление IBM на CES 2020.
2. А что же мы ожидали?
3. Технология квантовых компьютеров IBM развивается быстрее планов (в действительности – нет).
4. Возникновение новых отраслей прямо сейчас.
5. Мы угадали момент, вот наши книги для вас.
Традиционно на первой неделе января в Лас-Вегасе проходит крупнейшая международная выставка CES, где все ведущие технологические компании мира анонсируют львиную долю передовых разработок. Не исключение и IBM, неожиданно объявившая о первом коммерческом использовании своего новейшего квантового компьютера. Партнёром оказался автоконцерн Daimler. Его деятельность по разработке электромобилей потребовала произвести высокоточные вычисления для симуляций характеристик молекул (литий-сера), которые планируется взять за основу нового поколения автомобильных твердотельных аккумуляторов. Лидеры этого рынка в данный момент связывают ближайший большой скачок отрасли электрического транспорта именно с технологией твердотельных литиевых аккумуляторов. Использование для расчётов квантового компьютера оказалось более привлекательным, чем традиционные высокопроизводительные вычисления на суперкомпьютерах. И вот почему это прекрасно.
А что же здесь неожиданного? Мы-то чего ожидали?
Анонс Q System на прошлом CES
Ровно год назад, на CES 2019, был представлен IBM Q System One. Это квантовый компьютер с 20 кубитами, собственной системой охлаждения до сверхнизких температур и функционально самодостаточный во всех смыслах. Подробнее об этом событии можно прочесть в одной из моих заметок.
Казалось, преждевременное заявление
Тогда же было объявлено о том, что данная линейка квантовых компьютеров выходит за пределы исключительно исследовательских целей, это не инженерные образцы технологий, к которым дают свободный доступ. Теперь это продукт, целью которого является коммерциализация квантовых вычислений. В этом контексте доступ к новинке получили лишь компании, вступившие в специально созданную организацию. А сам Q System One спроектирован как самостоятельная вычислительная единица с возможностью доступа через облако и с разделением ресурсов.
Тем не менее, для большей части наблюдателей и экспертов такой шаг показался преждевременным. Не было доказательств «квантового превосходства» (способности квантового компьютера на настолько сложные вычисления, что традиционный компьютер не сможет выполнить физически), при этом именно квантовое превосходство обычно рассматривается как веха, преодоление которой необходимо для коммерциализации технологии.
Казалось, мы знаем, что будет через год
Для многих уже тогда стало «понятно», чего же ожидать от IBM в ближайший год. Основываясь на стиле предыдущих анонсов, некоторых утечках и свежей информации, очевидным был следующий прогноз: IBM постарается привлечь как можно больше партнёров в свою сеть, на CES 2020 покажет очередную модель с 50 кубитами (которые всё ещё можно симулировать на обычных, доступных для технологических гигантов суперкомпьютерах), на этом до CES 2021 про тему можно будет забыть.
По сути, почти никто не поверил в обоснованность и реалистичность намерений IBM.
IBM не стал хвалиться «просто цифрами»
Технология квантовых компьютеров IBM развивается быстрее плана
Обещали рост по закону Мура
Учитывая количество серьёзных игроков, направивших свои инвестиции в тему квантовых вычислений, а также основываясь на предыдущей динамике исследований и опыте первой компьютерной революции, IBM поставили себе очень амбициозную задачу, на которую не посягнул больше никто, – обеспечить как минимум удвоение количества кубитов каждый год.
Рост оказался быстрее обещаний
В действительности в IBM просто смотрят на другие показатели, а рост идёт по плану
Тем не менее, это вовсе не означает наступление сингулярности (прости, Рэй). В действительности рост происходит строго в соответствии с планом, просто у IBM за основу взят иной показатель.
Квантовый объём (quantum volume) – специально разработанный и опубликованный показатель и методика оценки производительности реальных (в противовес к идеальным, недостижимым на текущем уровне развития техники) квантовых компьютеров. Используя эту оценку, мы увидим строгую прогрессию и сможем сделать прогноз о ближайших планах.
Итак, в данный момент мы видим следующую картину:
| Кол-во кубит | Квантовый объём | Год |
|---|---|---|
| 5 | 4 | 2017 |
| 16 | 8 | 2018 |
| 20 | 16 | Нач. 2019 |
| 53 | 32 | Кон. 2019 |
| 80-128? | 64 | Кон. 2020 |
Действительно, примерно раз в год происходит удвоение мощности по внутренней методике оценки. Учитывая отсутствие универсальной общепринятой метрики – вполне оправданно. Более того, мы имеем небольшой ряд данных, на основании которых можно предположить параметры следующего анонса. В конце 2020 года IBM представит новую модель, в которой будет от 80 до 128 физических кубит. Квантовый объём при этом составит 64 и, вероятно, будет достигнуто квантовое превосходство (по крайней мере, для некого спектра задач).
По плану идёт и привлечение партнёров
Частью бизнес-стратегии IBM является предоставление сервиса квантовых вычислений. Именно сервис, а не банальная продажа железа является уроком, вынесенным IBM по итогам текущей технологической эры. Для этого они создают и развивают собственную экосистему под названием Q Network. Организации, желающие получить конкурентное преимущество, вступают в эту сеть и получают доступ к самым свежим разработкам железа, консультантам, исследователям. Рассчитывает IBM на то, что первая экосистема сможет достаточно глубоко войти в наиболее передовые и значимые исследовательские и инвестиционные процессы партнёров, чтобы в будущем, при появлении конкурентов на рынке, оказалось невыгодно инвестировать в смену сервиса. Счёт уже перевалил за сотню партнёров, недавно к Q Network присоединились Delta Airlines, Goldman Sachs и Los Alamos National Lab.
Возникновение новых отраслей прямо сейчас
Именно сейчас развивается (NISQ)
Те квантовые компьютеры, которые сейчас разрабатываются технологическими гигантами, во многом схожи с ранними микрочипами и техникой на них. Технологические ограничения заставляют выдумывать различные алгоритмические и композиционные ухищрения для получения полезного результата вычислений (например, как использовалась быстрая смена небольшого количества цветов пикселей для расширения доступной к восприятию цветовой палитры в видеоиграх).
Нынешние квантовые компьютеры можно обозначить как Noisy Intermediate Scale Quantum (NISQ), поскольку результаты работы с кубитами зашумлены и технологии для надёжного хранения квантовой информации лишь проектируются – приходится пользоваться множеством трюков и костылей.
Сейчас неочевидна польза от NISQ для каждой отрасли современных знаний, однако исследования и инновации, связанные с достижениями химии, биологии, экономики, могут найти выгоду от квантовых компьютеров прямо сейчас. Доказательством этого является событие из заголовка поста. Как минимум один серьёзный технологический концерн выбрал квантовые расчёты для обеспечения исследований в ключевой для его финансового будущего технологии. Оказалось, что квантовое превосходство не является обязательным условием для коммерциализации квантовых компьютеров.
Какими темпами ожидается рост
Конечно, наиболее наглядным критерием развития технологии является денежный оборот. И последние прогнозы, на мой взгляд, позволяют понять всю серьёзность происходящего. Так в 2020-х мировые расходы на квантовые вычисления достигнут сотен миллионов долларов ежегодно. А уже в 2030-х ежегодные расходы будут исчисляться десятками миллиардов.
И всё это лишь на первом этапе развития технологий (NISQ). Переход к совершенно новым архитектурным и технологическим решениям (около 2045), вероятно, увеличит рынок ещё на порядок или порядки.
Кто и как воспользуется технологией
Среди первых, крупных, имеющих потенциал к применению квантовых компьютеров компаний можно назвать Samsung, Daimler, Honda, JP Morgan Chase, Barclays.
Для Samsung интересны разработки в области новых материалов микроэлектроники и инновации её фабричного производства. Квантовые компьютеры нынешнего поколения могут быть в этом полезны. Ждём анонса.
Daimler интересны разработки в области химии для аккумуляторов (что, как мы узнали, они и делают), а также решения в области навигации (область задач, как задача коммивояжёра, поддающаяся оптимизации расчётов на квантовых компьютерах, в отличие от классических).
JP Morgan Chase заинтересован в новых подходах для финансового анализа, анализа рисков, трейдинга и т. п. Анонсов мы вряд ли дождёмся, просто богатые будут богатеть быстрее.
Последствия для хай–тек- и айти- индустрий
Быть недостижимым – не единственный способ быть лучше. Я думаю, это главная мысль, которую не воспринимают скептики квантовых вычислений. Лучшее враг хорошего, а в бизнесе зачастую достаточно быть лишь немного лучше по некоторым параметрам, чем недостижимо лучше по одному. Возможно, наиболее дорогие, востребованные, малочисленные суперкомпьютеры Земли будут способны в ближайшие года избегать квантового превосходства. Но это не является аргументом против развития и использования квантовых компьютеров, производящих те же расчёты без очереди доступа, за малую долю электроэнергии, сравнимое время и со сравнимой или превосходящей точностью.
Наверняка можно сказать, что компании, в основе бизнеса которых лежит технологическое совершенство в областях применения NISQ, будут иметь конкурентное преимущество при их использовании. И учитывая целевую скорость развития квантовых вычислений, это преимущество будет драматически возрастать. Уже в ближайшие 5 лет каждая компания, рассчитывающая на лидерство и шанс в конкурентной борьбе, должна будет использовать квантовые компьютеры. А значит, мы прямо сейчас увидели рождение новой профессии – программист квантового компьютера.
Мы угадали момент, вот наши книги для вас
Год назад, после CES 2019 мы были среди тех, кто разглядел потенциал и решимость IBM в развитии технологий квантовых вычислений. Тогда же мы решили не откладывать на потом, а начать формировать базовый набор литературы для наших читателей. Просмотрев все существующие и планирующиеся к выходу книги зарубежных издательств, мы выбрали для вас лучшие. Ещё одна книга в работе и будет выпущена через несколько месяцев. Подпишитесь на наш блог, что бы не пропустить!
Книга «Квантовые вычисления для настоящих айтишников»
Цель этой книги — познакомить с квантовыми вычислениями всех, кто знаком с курсом математики средней школы и готов немного потрудиться. В этой книге мы будем знакомиться с кубитами, запутанностью (квантовых состояний), квантовой телепортацией и квантовыми алгоритмами, а также с другими темами, имеющими отношение к квантовым компьютерам. Задача состоит не в том, чтобы дать смутное представление об этих понятиях, а в том, чтобы сделать их кристально ясными.
Квантовые вычисления часто упоминаются в новостях: Китай телепортировал кубит с Земли на спутник; алгоритм Шора поставил под угрозу ныне используемые методы шифрования; квантовое распределение ключей снова сделает шифрование надёжным средством защиты; алгоритм Гровера увеличит скорость поиска данных. Но что всё это означает в действительности? Как всё это работает? Об этом Крис Бернхард и собирается рассказать.
Для Хаброжителей скидка 25 % по купону — Квантовые вычисления
По факту оплаты бумажной версии книги на e-mail высылается электронная книга.
Книга «Разработка с использованием квантовых компьютеров. программирование квантовых машин в облаке: Python, Qiskit, Quantum Assembly language и IBM QExperience»
Открыт предзаказ на книгу, книга выйдет из типографии к концу января. На время предзаказа скидка! Научным редактором русскоязычного издания выступил Михаил Коробко aka Shkaff
Квантовые вычисления не просто меняют реальность! Совершенно новая отрасль рождается на наших глазах, чтобы создать немыслимое ранее и обесценить некоторые достижения прошлого.
В этой книге рассмотрены наиболее важные компоненты квантового компьютера: кубиты, логические вентили и квантовые схемы, а также объясняется отличие квантовой архитектуры от традиционной. Вы сможете бесплатно экспериментировать с ними как в симуляторе, так и на реальном квантовом устройстве с применением IBM Q Experience.
Вы узнаете, как выполняются квантовые вычисления с помощью QISKit (программный инструментарий для обработки квантовой информации), Python SDK и других API, в частности QASM. Наконец, вы изучите современные квантовые алгоритмы, реализующие запутанность, генерацию случайных чисел, линейный поиск, факторизацию целых чисел и др.
Разберётесь с состояниями Белла, описывающими запутанность, алгоритмом Гровера для линейного поиска, алгоритмом Шора для факторизации целых чисел, алгоритмами оптимизации и многим другим.
Стандартный системный блок и ноутбук, ну, может быть, еще моноблок — самые явные ответы, которые мы услышим, задав вопрос «какие бывают виды ПК» обычному пользователю. На самом же деле конструкций ПК намного больше, а в их разнообразии легко запутаться.
Почему и когда появилось разделение на разные типы ПК
В 1977 году появились первые массовые персональные компьютеры Apple II, Commodore PET и Tandy. Компьютеризация населения пошла семимильными шагами. Параллельно усовершенствованию стандартных десктопов, разрабатывались и более компактные решения. Развитие беспроводных сетей, интернета и общая мобильность людей требовала решений, которые не привязывали бы человека к одному стационарному месту с громоздким ПК.
Одним из первых моноблоков стал Macintosh, выпущенный в 1984 году, дальнейшее развитие он получил в моделях eMac и iMac.С развитием программного обеспечения с открытым кодом стали появляться и другие компактные ПК, такие как Linutop и им подобные. В 2010 году появились современные одноплатные компьютеры наподобие Raspberry. Примерно в этот же период под производством Intel на рынок стали выходить неттопы линейки Atom. Они являлись своеобразным ответвлением в развитии нетбуков.
Благодаря новым технологиям появилась возможность втиснуть в маленький корпус достаточно производительное железо. На смену HDD пришли SSD, дисководы морально устарели, а блок питания «переехал» за корпус. На данный момент видов стационарных ПК немалое количество и в их разнообразии легко потеряться. Рассмотрим каждый тип конструкции подробнее.
Десктоп
Знакомая каждому пользователю «коробка» спустя годы все еще остается самой массовой вариацией ПК. Наполнение комплектующих во всех конструкциях стационарных ПК в целом аналогично стандартному системному блоку. К недостаткам можно отнести разве что размеры и немобильность (кроме редких моделей, которые вмещаются в рюкзак). Внутренние компоненты легкозаменяемые: подвергнуть апгрейду можно любую составляющую, повысив производительность ПК в разы.
А все потому, что нет ограничений по размеру устанавливаемых компонентов, а стандарты форм-факторов общие. Блоки питания с большой мощностью позволяют поставить несколько видеокарт и процессоров. Круг задач, выполняемый десктопом, можно описать словами — «все и сразу». Запуск тяжелых игр, профессиональные рабочие задачи или просмотр фильмов — десктоп подойдет для всего, достаточно подобрать подходящие компоненты.
Проявив фантазию, можно собрать уникальный компьютер с регулируемой подсветкой, стеклом и кастомной системой охлаждения.
Моноблок
Уменьшенной вариацией десктопа стал моноблок. По сути это тот же ПК, только совмещенный с монитором в одном корпусе. Благодаря этому он занимает площадь такую же, как стандартный монитор, экономя пространство на рабочем столе. Здесь установлены те же компоненты, что и в обычном ПК, но с урезанными мощностями. В большинстве случаев основные компоненты распаяны на плате, поэтому к апгрейду доступны лишь оперативная память и система хранения. Высокопроизводительную видеокарту и процессор установить в такой корпус в принципе проблематично, блок питания внешний — отсюда и меньшая производительность.
Это издержки такого форм-фактора. Но взамен мы получаем стильный ПК, занимающий минимум места, который подойдет для дома или офиса.
Тонкие клиенты
Тонкие клиенты представляют собой компактные ПК в слим-корпусах. Дискретные видеокарты тут отсутствуют, а за вывод картинки отвечает встроенное в процессор видеоядро. Характеристики комплектующих не впечатляют, но этого от них и не требуется. Главная задача тонких клиентов — подключение к серверу, поэтому они отлично подходят для создания «офисной сети». У тонких клиентов низкое энергопотребление, они компактны, но обладают всеми необходимыми интерфейсами и позволяют в минимальные сроки добавить новое рабочее место.
При необходимости апгрейду подвергается лишь сервер, а не каждый ПК пользователя.
Неттопы
Для тех, кому не требуется запускать игровые новинки или тяжелые рабочие приложения существует неттоп. Возможностей такого компьютера хватит для полноценной замены десктопа, если он используется только для интернет-серфинга, работы с файлами, просмотра фильмов и запуска нетребовательных игр.
По внутренней начинке неттоп наиболее схож с нетбуком. Мы можем увеличить емкость системы хранения и оперативной памяти, добавив соответствующие комплектующие. В некоторых моделях имеется крепление VESA, что позволяет подвесить неттоп к монитору, создав своеобразный аналог моноблока.
Платформы
Как и неттопы — платформы обладают схожим функционалом и миниатюрностью. Устройство размером с ладонь предоставляет весь вычислительный потенциал. Но в отличие от неттопа, платформы поставляются без операционной системы, оперативной памяти и накопителя. Эти комплектующие устанавливаются пользователем на свой вкус, а платформа выбирается с учетом производительности процессора.
Так как платформы оснащены всеми современными интерфейсами, использовать их можно не только для обычных задач, свойственных ПК, но и для создания небольших серверов или медиацентра для просмотра фильмов на телевизоре.
Микрокомпьютеры
Последний тип ПК в нашем списке, но не последний по возможностям. Микрокомпьютеры — кладезь для людей «с руками». Круг использования микрокомпьютеров огромен. Разработка проектов, эмуляция, мультимедийный центр, робототехника — и это далеко не весь список. Внешний вид микрокомпьютеров представляет собой своеобразный конструктор. Корпус отсутствует, на плате распаяны основные комплектующие и интерфейсы подключения, а питание подается через порт USB.
Зачастую встроенного накопителя нет — данные хранятся на карте памяти, что позволяет загружать нужный дистрибутив и программы, подключив конкретную карту. Микрокомпьютер можно модифицировать, добавив к нему корпус и радиатор на процессор.
В современных реалиях можно подобрать стационарный ПК абсолютно под любые нужды. Достаточно определить какой круг задач вы собираетесь решать этим устройством. Даже самые миниатюрные варианты обладают мощностями, которые несколько лет назад представить было сложно, и их вполне хватит для решения большинства поставленных задач.
Computer в переводе означает «вычислитель». Это основная функция устройства, но использовать его можно по-разному. Отсюда и деление современных компьютеров на типы и виды. В этой статье мы представим классификацию устройств и приведем их основные отличительные характеристики.
Классы компьютеров
Все выпускаемые компьютеры можно разделить на два класса: персональные и корпоративные. Помимо внешнего вида, основное отличие между ними – быстродействие.
Эту характеристику по-другому называют флопс (в англоязычном варианте FLOPS или полностью FLoating-point Operations Per Second). Она означает количество определенных операций, которое может выполнить компьютер в единицу времени. Для персонального компьютера нормальной считается величина 0,1 терафлопса, у корпоративного она может доходить до 10 терафлопсов.
Основные типы персональных компьютеров
Устройства этого типа позволяют работать на них одиночным пользователям. Они универсальны, а перечень решаемых с их помощью задач достаточно широк: на ПК можно набирать тексты, смотреть видео, оформлять чертежи, выполнять вычисления и решать другие задачи. Подобные устройства, в свою очередь, делятся на несколько типов.
Стационарные компьютеры
Такие устройства предназначены для постоянного использования в одном месте и делятся на несколько видов:
- Настольные компьютеры или по-другому десктопы (desktop) отличаются модульной конфигурацией. Они состоят из системного блока и подключенных к нему монитора, клавиатуры и мышки. Модульная конфигурация – основное преимущество таких компьютеров. Она дает возможность подобрать отдельные элементы под решаемые задачи (например, размер монитора, быстродействие, объем памяти и прочее), а в будущем модернизировать компьютер, заменив их на более современные. Недостаток таких моделей – внушительные габаритные размеры.
- Моноблоки отличаются от настольных компьютеров тем, что у них системный блок и монитор размещены в одном корпусе. Соответственно, они более компактные, но менее производительные. Последняя особенность связана со сложностью охлаждения энергоемких комплектующих (например, процессора, оперативной памяти и других), поэтому их заменяют на менее энергоемкие и производительные.
- Неттопы отличаются от классических настольных компьютеров уменьшенными габаритами системного блока, очень тихой работой, пониженным энергопотреблением и более низкой производительностью. Это отличный выбор для навигации в интернете или просмотра видео, но для современных игр они не подходят.
Мобильные компьютеры
Производительность – одна из основных характеристик современного компьютера, но в ряде случаев более важной оказывается их мобильность. К мобильному типу относится несколько видов устройств:
- Ноутбуки (на английском notebook, что в переводе означает «записная книжка») по-другому их часто называют лэптопами (на английском laptop, что в переводе означает «на коленях»). У них есть несколько характерных отличий от стационарных моделей: монитор совмещен с крышкой компьютера, клавиатура встроена в корпус и оснащена сенсорной панелью (тачпадом), имеется аккумуляторная батарея, позволяющая определенное время работать без подключения к сети электропитания. Последняя особенность и обеспечивает мобильность ноутбуков. Современные модели практически не уступают по производительности стационарным аналогам.
- Нетбуки меньше ноутбуков и уступают им по производительности, но могут дольше работать от аккумуляторной батареи. По функциональности их можно назвать неттопами, но в мобильном исполнении.
- Ультрабуки (на английском ultrabook) отличаются от ноутбуков очень тонким корпусом и аккумулятором повышенной емкости. Это легкие, удобные и производительные, но дорогие устройства.
- Планшеты (на английском tablet PC), в отличие от всех предыдущих видов устройств этого типа, не имеют книжной конструкции. Они оснащены сенсорным дисплеем, имеют клавиатуру, на которой можно работать пальцами рук или стилусом. Такие устройства легкие и тонкие. С их помощью удобно читать электронные книги или смотреть фильмы, но набирать тексты или работать с графическими программами не получится: они для этого не предназначены.
- Карманные компьютеры (на английском их часто называют Personal Digital Assistant, сокращенно PDA, что в переводе означает «личный цифровой секретарь») стали следующим этапом на пути уменьшения размеров компьютеров, но сейчас их полностью заменили смартфоны. По функциональности они ни в чем не уступают планшетам, но при этом более компактные.
Переносные компьютеры
Возможности современных компьютеров не ограничиваются только выполнением заданных операций. Это качество в полной мере реализуется в переносных моделях (на английском wearables). Их вполне можно было бы отнести к мобильным, но у них есть два ярких отличия: форма и способность анализировать окружающую среду и выдавать рекомендации владельцу. К этому типу относится несколько видов устройств:
Основные типы корпоративных компьютеров
Корпоративные компьютеры превосходят персональные по производительности и часто на них одновременно работают несколько пользователей. Такой класс устройств часто используют в бизнесе, в системе образования или на производстве. Они делятся на следующие типы.
Серверы
К серверам относят мощные компьютеры, способные обрабатывать большие массивы информации, принимать и выполнять запросы от персональных компьютеров или рабочих станций. Их используют, например, все интернет-провайдеры. Помимо этого, серверы применяют для хранения больших объемов информации. В этом случае их используют в качестве хостингов, файлообменников или облачных сервисов.
Мейнфреймы
Мейнфреймы выполняют схожие с серверами задачи, но превосходят их по техническим параметрам и обладают очень высокой надежностью. Чаще всего их используют на крупных предприятиях, которые выполняют обработку большого количества информации: в банках, аэропортах, на железнодорожных вокзалах и других предприятиях.
Суперкомпьютеры
Суперкомпьютеры – это уже не отдельные компьютеры, а многопроцессорные комплексы. Они отличаются высочайшей производительностью и способны выполнять несколько триллионов операций в секунду. На задачу, которую суперкомпьютеры решают за несколько минут, обычному ПК понадобится несколько дней. Такие устройства отличаются крупными габаритами. Чаще всего их используют для моделирования различных природных (смерчи, наводнения и прочее) или техногенных (аварии, войны и прочее) событий.
Заключение
Выбор компьютеров сейчас действительно огромен. Устройство с требуемыми функциями и возможностями можно подобрать под любые задачи. Главное – четко сформулировать цели, для которых предназначен компьютер.
Оставьте свою электронную почту и получайте самые свежие статьи из нашего блога. Подписывайтесь, чтобы ничего не пропустить
Какой компьютер является мощнейшим на сегодняшний день?
В конце июня 2020 года был опубликован ежегодный рейтинг из 500 самых мощных суперкомпьютеров в мире. Первую строчку в нем занял японский Fugaku. Он в 2,8 раз мощнее, чем прошлогодний лидер — Summit от IBM (он теперь на втором месте). Впервые рейтинг возглавил компьютер на базе процессоров ARM.
Fugaku разработала компания Fujitsu — та самая, что выпускала популярную фото- и видеотехнику Fuji. Разработки велись на базе Института Кобе в составе Института физико-химических исследований (RIKEN). Концепцию придумали еще в 2010 году, а на создание и сборку ушло более шести лет.
Пишут, что Fugaku сможет помочь в борьбе с коронавирусом. Но на самом деле суперкомпьютеры способны решать самые амбициозные задачи, которые приходят нам в голову.
Чем суперкомпьютер отличается от обычного?
Суперкомпьютеры называют «числодробилками» или «числогрызами»: они нужны для супербыстрых вычислений. Главное отличие в том, что обычный компьютер выполняет задачи последовательно, хотя и на высокой скорости — вплоть до доли секунды, поэтому мы этого не замечаем. Суперкомпьютер делает это одновременно и обрабатывает огромный массив данных.
Для этого им нужны тысячи супермощных процессоров. В результате вычисления, на которые у мощного игрового компьютера уйдет неделя, суперкомпьютер выполняет за день. Однако важно, чтобы программы работали корректно, с учетом технических особенностей машины. Иначе то, что корректно работает на 100 процессорах, сильно замедлится на 200.
Современные смартфоны работают так же быстро, как самый мощный суперкомпьютер 1994 года.
Суперкомпьютеры работают на специальном ПО. Например, у Fugaku операционная система Red Hat Enterprise Linux 8 c гибридным ядром, состоящим из одновременно работающих ядер Linux и McKernel. В качестве программных средств используют API — то есть интерфейсы или платформы для программирования — и открытое ПО, которое позволяет создавать виртуальные суперкомпьютеры на базе обычных. Часто суперкомпьютер — это несколько высокомощных компьютеров, которые объединены высокоскоростной локальной сетью.
Обычно производительность компьютеров оценивается во флопсах (FLOPS — FLoating-point Operations Per Second) — то есть количестве операций над числами с плавающей точкой в секунду. Для суперкомпьютеров сначала использовали мегафлопсы — MIPS, количество миллионов операций в секунду, а с 2008 года петафлопсы — то есть количество миллионов миллиардов вычислений в секунду. К примеру, у суперкомпьютера Fugaku производительность составляет 415 петафлопс, а у Summit — 148.
Кто придумал суперкомпьютер?
Сам термин появился в конце 1960-х годов в Ливерморской национальной лаборатории США и компании-производителе компьютеров CDC. Но впервые о «супервычислениях» заговорили еще в 1920-х годах, когда IBM собрала для Колумбийского университета свой табулятор — первую ЭВМ, работавшую на перфокартах.
Первой супер-ЭВМ считают Cray-1, созданную в 1974 году. Ее разработал Сеймур Крей — американский инженер в области вычислительной техники и основатель компании Cray Research. Cray-1 выполняла до 180 млн операций в секунду.
За основу Крэй уже имеющиеся разработки — компьютеры CDC 8600 и CDC STAR-100. Он построил процессор, который быстро выполнял и скалярные и векторные вычисления: предшественники хорошо справлялись либо с первыми, либо со вторыми.
Скалярные вычисления — те, где используется одна характеристика, величина и знак. В векторных используют вектора, то есть величину и направление (угол).
Для этого инженер использовал небольшие модули памяти, расположенные близко к процессору, чтобы увеличить скорость. Так был создан новый принцип работы с памятью — «регистр-регистр». Центральный процессор берет и записывает данные в регистры, а не в память, как у предыдущих моделей — это тоже увеличило скорость обработки. Сам процессор состоял из 144 тыс. микросхем, которые охлаждались фреоном.
Cray-1 впервые презентовали в 1975-м, и за нее тут же начали биться ведущие лаборатории США, занимающиеся сложными вычислениями. В 1977-м компьютер достался Национальному центру атмосферных исследований, где проработал 12 лет. Cray-1 можно было арендовать для работы за $7 500 в час или $210 тыс. в месяц.
В 1980-х годах Крэй выпустил еще две модели суперкомпьютеров нового поколения, включая многопроцессорный Cray X-MP. Начиная с 1990-х лидерство перехватили NEC, Hewlett-Packard и IBM, причем компьютеры последней регулярно занимают верхние строчки того самого ТОП-500.
Где и для чего используют суперкомпьютеры?
Главная задача суперкомпьютеров — выполнять максимум вычислений за минимум времени. Это полезно для многих областей: начиная от создания лекарств и заканчивая разработками новых продуктов и технологий,
Суперкомпьютер Fugaku изучает пути распространения вируса и его диагностику. Для этого он обрабатывает данные статистики, коэффициент заражения вируса, его состав и модель поведения. А еще ему поручат прогнозирование и симуляцию природных катастроф, разработку и совершенствование «зеленых» технологий.
Есть суперкомпьютеры, которые работают с одним-единственным приложением, которое задействует всю память. Например, для прогнозирования изменений погоды и климата или моделей ядерных испытаний. В будущем это позволит отказаться от реальных испытаний опасного оружия и исключить риски взрывов или утечек при долгом хранении.
Великобритания выделит $1,6 млрд на создание мощнейшего в мире суперкомпьютера для прогнозирования погоды и климатических изменений.
Министерство энергетики США и Аргоннская национальная лаборатория, совместно с Intel и Cray, обещают в 2021 году представить суперкомпьютер Aurora для исследований в области ядерного оружия. Он будет выполнять 1 квинтиллион операций в секунду и обойдется в $500 млн.
Но суперкомпьютеры не просто вычисляют, а моделируют реальность. То есть просчитывают все возможные варианты развития событий и строят прогнозы. Поэтому с их помощью астрономы и астрофизики воспроизводят самые разные события и процессы во Вселенной.
В марте этого года астрономы из Технологического университета Суинберна (Австралия) и Калифорнийского технологического университета (США) смоделировали на суперкомпьютере эволюцию Млечного Пути. Для этого они использовали все данные о звездных скоплениях в нашей галактике.
Нанокомпьютер, квантовый компьютер и суперкомпьютер: в чем разница?
Все это — вычислительные устройства с выдающимися характеристиками.
Нанокомпьютер — это компьютер микроскопических размеров. Он запрограммирован на определенные химические свойства и поведение. Он может быть очень мощным и высокопроизводительным, но пока что не таким, как суперкомпьютер. В будущем они смогут заменить обычные устройства, так как потребляют намного меньше энергии.
Группа инженеров и ученых из Гарвардского университета и компании Mitre создала простейший нанокомпьютер, который состоит из множества крошечных проводников диаметром 15 нанометров (нанометр = 1 миллиардная метра). Их ядро из германия, а внешняя оболочка — из кремния.
Свой нанокомпьютер есть и у IBM, но уже покрупнее: 1х1 мм. Это полноценный ПК с процессором, памятью и блоком питания. По производительности его можно сравнить с x86-совместимыми процессорами из 1990-х годов. Его можно будет применять для работы с ИИ, сортировки данных, логистики, обнаружения краж.
Квантовый компьютер — это устройство, которое работает по принципам квантовой механики. Он обрабатывает данные не в битах, а в кубитах, которые одновременно равны 0 и 1. В теории, такой компьютер может обрабатывать все возможные состояния одновременно.
Пока что квантовые компьютеры существуют в виде концепций и моделей. Одна из таких принадлежит «Росатому»: проект рассчитан на срок до 2024 года и предполагает финансирование ₽24 млрд.
Какое будущее ждет суперкомпьютеры?
Очевидно, что производительность суперкомпьютеров будет разгоняться до космических цифр, их размеры — уменьшаться, а потребление энергии — сокращаться. Но самое интересное кроется в задачах, которые они смогут решать.
Эксперты считают, что через 15 лет симуляции отойдут на второй план, а машинное обучение позволит суперкомпьютерам выполнять глубокую аналитику данных. В итоге их будут применять везде: от разработки бесконечных аккумуляторов до лекарства от рака.
Поколения компьютеров в основном делятся по уровню развития компьютерных технологий. Каждое поколение определяет основные технологические разработки, на которых были основаны компьютерные системы.
Сколько существует поколений компьютеров?
Хотя разработка компьютерных технологий началась примерно в 1940 году, развитие этой технологии началось примерно в 1946 году с первого поколения компьютеров и с тех пор постоянно развивается. На данный момент существует пять поколений компьютеров .
Пять поколений компьютеров
Пять поколений компьютеров перечислены ниже:
Каждое из этих поколений компьютеров также обсуждается ниже с необходимыми деталями и соответствующими изображениями. Разберем подробно каждое поколение:
Первое поколение (1946 - 1959)
Это самое раннее поколение компьютеров, известное как первое поколение компьютеров. Период первого поколения считается с 1946 по 1959 год. В первом поколении компьютеры разрабатывались с использованием электронных ламп в качестве базовой технологии. В компьютерах первого поколения использовался машинный язык, язык программирования самого низкого уровня, поэтому он мог легко обрабатываться и пониматься компьютерами.
ENIAC, сокращение от Electronic Numeric Integrated and Calculator, является наиболее популярным примером компьютера первого поколения. Другие примеры включают UNIVAC, EDVAC, EDSAC, IBM-650, IBM-701, Manchester Mark 1, Mark 2, Mark 3 и т. д.
Преимущества компьютеров первого поколения
Ниже перечислены основные преимущества компьютеров первого поколения:
- Электронные лампы использовались в компьютерах первого поколения, и это поколение помогло внедрить компьютерные устройства.
- Благодаря использованию машинных языков компьютеры этого поколения были быстрее на раннем этапе развития.
- Компьютеры могли выполнять вычисления за миллисекунды.
Ниже перечислены основные недостатки компьютеров первого поколения:
- Компьютеры первого поколения были очень большими и могли покрыть целую комнату.
- Компьютеры этого поколения выделяли слишком много тепла и требовали большой системы охлаждения.
- Емкость запоминающих устройств в компьютерах в этом поколении была очень низкой.
Второе поколение (1959-1965)
Второе поколение компьютеров началось с широкого использования транзисторов. В этом поколении электронные лампы больше не были основной технологией. Их заменили транзисторы. Период второго поколения считается с 1959 по 1965 год. Магнитные сердечники (как первичные запоминающие устройства) и магнитные ленты (как вторичные запоминающие устройства) также использовались для требований к памяти в компьютерах.Во втором поколении компьютеры использовали языки ассемблера вместо двоичных машинных языков. Кроме того, в этом поколении были представлены ранние версии языков высокого уровня, такие как COBOL и FORTRAN
CDC-3600 и IBM-7094 - самые популярные компьютеры второго поколения. К другим примерам относятся компьютеры серий UNIVAC-1108, IBM-7070, CDC-1604, IBM-1400, серии IBM-1600, серии IBM-7000, Honeywell-400 и т. д.
Преимущества компьютеров второго поколения
Ниже перечислены основные преимущества компьютеров второго поколения:
- Транзистор помог сделать компьютер второго поколения немного меньше, чем компьютер первого поколения.
- Благодаря технологии магнитного сердечника компьютеры этого поколения могут хранить инструкции в памяти.
- Компьютеры стали быстрее, надежнее и могли выполнять вычисления за микросекунды.
Ниже перечислены основные недостатки компьютеров второго поколения:
- Во втором поколении по-прежнему требовалась система охлаждения.
- Компьютеры второго поколения требовали регулярного обслуживания.
- Стоимость компьютера все еще оставалась высокой; однако меньше, чем компьютер первого поколения.
Третье поколение (1965 - 1971)
Третье поколение компьютеров характеризовалось использованием в компьютерах интегральных схем (ICs), а не транзисторов. Период третьего поколения считается с 1965 по 1971 год. В этом поколении интегральные схемы использовались как основная часть технологии. Интегральные схемы были очень маленькими по размеру и помогли сделать компьютер меньше, чем его предшественник.
Кроме того, в этом поколении были представлены усовершенствованные устройства ввода-вывода, такие как мышь, клавиатура и монитор. До появления этих устройств в компьютерах использовались перфокарты и распечатки. Что касается языков, компьютеры третьего поколения использовали языки более высокого уровня, такие как COBOL, BASIC, ALGOL-68, PASCAL PL/1, FORTRAN-II-IV и т. д.
Компьютеры, разработанные в рамках семейства IBM-360, являются лучшими образцами компьютеров третьего поколения. Другие примеры включают PDP-8, PDP-11, TDC-316, Honeywell-6000 series, ICL 2900 и т. д. Кроме того, в сегодняшнем поколении компьютеров до сих пор используются интегральные схемы.
Преимущества компьютеров третьего поколения
Ниже перечислены основные преимущества компьютеров третьего поколения:
- Компьютеры третьего поколения были меньше компьютеров предыдущего поколения, что делало компьютеры второго поколения портативными и доступными для коммерческого использования по относительно низким ценам.
- Компьютеры были быстрыми, надежными и могли выполнять вычисления за наносекунды. У них также было больше места для хранения.
- Компьютеры третьего поколения производили меньше тепла и стали более энергоэффективными, чем компьютеры предыдущего поколения.
Ниже перечислены основные недостатки компьютеров третьего поколения:
- Для компьютеров третьего поколения также требовалась система охлаждения.
- В то время производство и обслуживание интегральных схем было трудным.
- Цена на компьютеры третьего поколения для личных нужд оставалась высокой.
Четвертое поколение (1971-1980)
Период четвертого поколения рассматривается с 1971 по 1980 год. В течение этого поколения разрабатывались компьютеры, в которых микропроцессор был основным компонентом технологии. Микропроцессоры также были основаны на технологиях LSI (крупномасштабная интеграция) и VLSI (очень крупномасштабная интеграция). Они были разработаны путем сборки нескольких интегральных схем на одном кремниевом кристалле.
Микропроцессоры не только помогли уменьшить размеры компьютеров, но также сделали их такими мощными и надежными. Благодаря своим компактным размерам компьютеры стали доступны для личного использования в четвертом поколении. Кроме того, в компьютерах этого поколения использовались языки программирования высокого уровня, такие как C, C ++, DBASE и др. В компьютерах этого поколения также использовались сетевые распределенные операционные системы с разделением времени.
IBM-5100, Altair-8800 и Micral - самые популярные компьютеры четвертого поколения. Другие примеры включают PDP-11, DEC-10, IBM-4341, STAR-1000, CRAY-1, CRAY-X-MP и т. Д. Кроме того, микропроцессоры все еще используются в сегодняшнем поколении (пятое поколение компьютеров). Однако в нынешнем поколении они не считаются базовой технологией.
Преимущества компьютеров четвертого поколения
Ниже перечислены основные преимущества компьютеров четвертого поколения:
- Благодаря компактным размерам компьютер стал широко доступен для коммерческого и личного использования. Это также привело к революционному использованию персональных компьютеров (ПК).
- Компьютеры четвертого поколения были быстрее, меньше, надежнее и энергоэффективнее своих предшественников. Кроме того, у компьютеров четвертого поколения была большая доступность хранилища.
- Значительно снижено количество тепла в компьютерах четвертого поколения. Выделяемое тепло было почти незначительным, и, следовательно, в системе кондиционирования больше не было необходимости.
Ниже перечислены основные недостатки компьютеров четвертого поколения:
- Создание схем СБИС и микропроцессоров было сложным и требовало сложных технологий и передовых технических навыков.
- Вентилятор охлаждения был включен в компьютеры вместо системы кондиционирования воздуха. Эти охлаждающие вентиляторы создавали шум при интенсивном использовании компьютеров.
- В компьютерах четвертого поколения по-прежнему использовались интегральные схемы, поэтому для создания и сборки этих ИС требовались высокие технические навыки.
Пятое поколение (с 1980 г. по настоящее время)
Компьютеры пятого поколения основаны на технологии ULSI (Ultra Large Scale Integration), программном обеспечении AI (искусственный интеллект) и аппаратном обеспечении параллельной обработки. ULSI произвел революцию в разработке микропроцессоров. Теперь около десяти миллионов электронных устройств можно собрать на одной микросхеме микропроцессора. С другой стороны, AI помогает компьютерам эффективно реагировать на естественные языки.
Считается, что период пятого поколения начался в 1980 году и продолжается. Это означает, что нынешнее поколение - это пятое поколение компьютеров. В компьютерах пятого поколения интегральные схемы все еще используются для удовлетворения различных потребностей. Однако основная технология - это AI, где еще есть возможности для улучшения.
Читайте также: