Достижение исследователей из Института ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН (ИЯФ СО РАН) открывает путь к увеличению пропускной способности оптоволоконных каналов связи, а следовательно, к увеличению скорости интернет-доступа.

Простейшая модель оптоволоконного канала связи обладает двумя параметрами — нелинейностью и дисперсией. Кроме того, на эффективность передачи информации влияют шумы. При заданной мощности входного сигнала и мощности шума указанные параметры определяют тот объём информации, который можно передать по каналу за единицу времени.

Российские специалисты смогли рассчитать максимальную пропускную способность бездисперсионного оптоволоконного канала связи. Учёные предложили оптимальный способ кодирования информации, теоретически позволяющий увеличить скорость передачи данных.

Важно отметить, что результаты расчётов физиков ИЯФ СО РАН уже подтверждены в ходе двух независимых компьютерных экспериментов, основанных на разных методах численного моделирования. Более подробно о проделанной работе можно узнать здесь.

Добавим, что в России ведутся активные исследования в сфере создания новых типов оптоволокна. К примеру, предложено оптическое волокно с сердцевиной квадратной формы, а также оптоволокно для телекоммуникаций, которое может использоваться в широком температурном диапазоне. 

Министерство цифрового развития, связи и массовых коммуникаций Российской Федерации и Проектный офис по реализации национальной программы «Цифровая экономика» провели первую дискуссию в рамках совместного просветительского проекта TechTalks.

Сессия получила название «Будущее искусственного интеллекта: сферы применения и кейсы». Участники в числе прочего озвучили основные препятствия на пути развития электронного разума в России.

По словам специалистов, искусственный интеллект (ИИ) — это новая история и новая фаза эволюции человечества. В ближайшие годы соответствующие технологии окажут колоссальное влияние на ведущие экономики мира. Внедрение средств искусственного интеллекта приведёт к прорывным открытиям во многих областях.

В то же время в нашей стране распространение систем ИИ сдерживается рядом факторов. В частности, топ-менеджеры компаний недостаточно владеют информацией о свежих разработках в области искусственного интеллекта и сталкиваются с отсутствием необходимой инфраструктуры.

Ещё одна проблема заключается в том, что пока многие руководители недооценивают важность систем ИИ и не организовывают должным образом работу с данными.

Так или иначе, по прогнозам экспертов, к 2025 году объём мирового рынка программного обеспечения, использующего алгоритмы искусственного интеллекта, вырастет в 28 раз и достигнет 90 млрд долларов США. 

Окриджская Национальная лаборатория Министерства энергетики США (Oak Ridge National Laboratory) объявила о вводе в строй вычислительной системы Summit — самого производительного на планете суперкомпьютера.

До сегодняшнего дня самым мощным на Земле вычислительным комплексом являлся китайский Sunway TaihuLight, занимающий первое место в ноябрьском рейтинге Тор500. Его быстродействие составляет 93 петафлопса (квадриллиона операций с плавающей запятой в секунду), а пиковая производительность теоретически может достигать 125 петафлопсов.

Представленная на этой неделе система Summit использует гибридную архитектуру CPU–GPU. Она полагается на аппаратные решения IBM и NVIDIA. Пиковая производительность заявлена на уровне 200 петафлопсов.

Новый суперкомпьютер состоит из 4608 вычислительных серверов, каждый из которых содержит два процессора IBM Power9, насчитывающих 22 ядра. Таким образом, суммарное количество вычислительных ядер превышает 200 тыс.

Кроме того, в состав каждого сервера входят шесть ускорителей NVIDIA Tesla V100. Общее количество таких карт в системе составляет более 27 тыс.

Вычислительный комплекс использует в общей сложности свыше 10 Пбайт памяти. Задействованы высокоскоростные соединения. Комплекс затрачивает такое количество энергии, которого хватило бы для удовлетворения потребностей 8100 домохозяйств.

Суперкомпьютер планируется использовать в самых разных областях. Среди них названы: астрофизика, разработка передовых материалов, поиск новых лекарственных препаратов и пр. Система Summit начнёт использоваться для реализации ряда проектов уже в текущем году. 

Объединённый институт ядерных исследований (ОИЯИ) в Дубне сообщил о вводе в эксплуатацию нового вычислительного комплекса, названного в честь Н. Н. Говоруна, с именем которого с 1966 года связано развитие информационных технологий в научно-исследовательской организации. В разработке суперкомпьютера приняли участие сотрудники ОИЯИ, Лаборатории теоретической физики им. Н.Н. Боголюбова, Лаборатории информационных технологий, а также специалисты компаний Intel, РСК, NVIDIA и IBS Platformics.

Пиковая производительность суперкомпьютера им. Н. Н. Говоруна оценивается в 1 Пфлопс. Вычислительные мощности комплекса будут задействованы для решения задач в области физики элементарных частиц, ядерной физики и физики конденсированных сред, а также для реализации масштабного научно-исследовательского проекта NICA (Nuclotron-based Ion Collider facility), целью которого является моделирование момента возникновения Вселенной и изучение свойств плотной барионной материи.

В основу вычислительного комплекса ОИЯИ положена кластерная система на базе архитектуры «РСК Торнадо» с прямым жидкостным охлаждением. Вычислительные узлы суперкомпьютера построены с использованием 72-ядерных серверных процессоров Intel Xeon Phi 7290, процессоров семейства Intel Xeon Scalable (Xeon Gold 6154), плат семейства Intel Server Board S7200AP и S2600BP, твердотельных накопителей Intel SSD DC S3520 с подключением по шине SATA в форм-факторе M.2 и Intel SSD DC P4511 с интерфейсом NVMe ёмкостью 1 Тбайт. Для высокоскоростной передачи данных между вычислительными узлами задействованы контроллеры Intel Omni-Path, обеспечивающие скорость неблокируемой коммутации до 100 Гбит/c, на основе 48-портовых коммутаторов Intel Omni-Path Edge Switch 100 Series.

Все элементы суперкомпьютера (вычислительные узлы, блоки питания, модули гидрорегулирования и др.) имеют встроенный модуль управления, что обеспечивает широкие возможности для детальной телеметрии и гибкого управления. Конструктив шкафа позволяет заменять вычислительные узлы, блоки питания и гидрорегулирования (при условии применения резервирования) в режиме горячей замены без прерывания работоспособности комплекса. При этом большинство компонентов системы (таких, как вычислительные узлы, блоки питания, сетевые и инфраструктурные компоненты и т.д.) — это программно-определяемые компоненты, позволяющие существенно упростить и ускорить как начальное развёртывание, так и обслуживание, и последующую модернизацию системы. Жидкостное охлаждение всех компонентов обеспечивает длительный срок их службы.

О надёжности решений на базе архитектуры «РСК Торнадо» свидетельствует факт промышленной эксплуатации подобного рода систем российскими заказчиками с 2009 года. Кроме нового проекта в ОИЯИ, такие системы установлены и активно используются для моделирования и расчётов широкого спектра научно-исследовательских и реальных промышленных задач в Санкт-Петербургском политехническом университете Петра Великого (СПбПУ), Межведомственном суперкомпьютерном центре Российской академии наук (МСЦ РАН), Сибирском суперкомпьютерном центре (ССКЦ) ИВМиМГ СО РАН, Южно-Уральском государственном университете (ЮУрГУ), Институте океанологии имени П. П. Ширшова РАН, Московском физико-техническом университете (МФТИ), Росгидромете и у других заказчиков из различных отраслей промышленности и направлений деятельности, таких как авиамоторостроение, энергетика, компьютерная графика, нефтегазовая отрасль и другие.

Материалы по теме:

• РСК представила новое поколение суперкомпьютерной системы «РСК Торнадо»;
• РСК вошла в число «Национальных чемпионов»;
• РСК представила мобильный вычислительный комплекс «Поле» с производительностью 40 Тфлопс.

Источники:

• jinr.ru, rscgroup.ru

Исследователи из Московского физико-технического института (МФТИ) предлагают использовать «забытый» материал в качестве основы для высокоскоростного квантового Интернета.

Речь идёт о формировании абсолютно защищённых квантовых каналов передачи данных, которые невозможно прослушать незаметно для отправителя и получателя. Безопасность в таких сетях будет обеспечиваться законами квантовой физики. Дело в том, что невозможно создать копию неизвестного квантового состояния без изменения оригинала. Иными словами, о любом вмешательстве в канал связи моментально становится известно, и незаметно украсть информацию не выйдет.

Передавать данные лучше всего с помощью квантов света — фотонов, несущих квантовые биты. Однако сложность заключается в формировании системы, подходящей для практического использования. К примеру, квантовые точки хорошо работают только при очень низких температурах (около минус 200 °C), а ультрасовременные двумерные материалы, такие как графен, просто не могут часто излучать фотоны при электрическом возбуждении.

МФТИ

Учёные МФТИ предлагают решить проблему за счёт использования уже забытого сегодня в оптоэлектронике материала — карбида кремния. Исследователи показали, как усовершенствовать карбид-кремниевый однофотонный светодиод, чтобы повысить скорость излучения фотонов до нескольких миллиардов в секунду. Это позволяет увеличить до более чем 1 Гбит/с скорость передачи информации по абсолютно защищённому каналу и сделать квантовый Интернет таким же быстрым, как классический.

Подробнее об изысканиях физиков можно узнать здесь. 

В России сформирован консорциум для создания многокубитного квантового компьютера, который станет одним из самых мощных в мире устройств данного типа.

Квантовые компьютеры состоят из элементарных вычислительных элементов, квантовых битов (кубитов). Если классические биты могут находиться только в двух состояниях (ноль или единица), то кубиты могут находиться в суперпозиции двух состояний, а значит, могут кодировать промежуточные состояния между логическим нулём и единицей.

В проекте по созданию многокубитного квантового компьютера примут участие Внешэкономбанк, «ВЭБ Инновации», Фонд перспективных исследований, МГУ имени М.В.Ломоносова и АНО «Цифровая экономика».

Специалисты займутся разработкой оптического квантового симулятора на основе фотонных чипов и нейтральных атомов. Основными направлениями сотрудничества в рамках соглашения станут обеспечение ресурсной поддержки реализации проекта, координирование научно-технических задач и содействие внедрению полученных результатов.

Кроме того, в рамках реализации проекта будет обеспечено развитие необходимой научно-исследовательской и технологической инфраструктуры, а также проведение консультаций, рабочих встреч и других мероприятий для постановки и выполнения прикладных задач в сфере квантовых технологий.

Новая система будет насчитывать не менее пятидесяти кубитов. Такой компьютер сможет решать некоторые задачи, которые сейчас абсолютно недоступны даже для самых мощных классических суперкомпьютеров. Вычислительные комплексы нового типа могут быть использованы, например, при моделировании передовых промышленных материалов и создании лекарственных препаратов следующего поколения. 

На суперкомпьютере Томского государственного университета (ТГУ) удалось смоделировать химические процессы, которые происходят в окружающем пространстве (экзосферах) Луны и Меркурия.

Сообщается, что в исследованиях приняли участие специалисты ТГУ, МГУ и ТПУ. Изучение экзосферы планет и небесных тел Солнечной системы — одна из важных задач современной астрохимии.

Как сообщается в материале ТГУ, в настоящее время в экзосферах Луны и Меркурия обнаружены атомы щелочных и щелочноземельных металлов: Li, Na, K, Mg и Ca. Нашли их с помощью спектроскопических приборов на спутниках, а также с помощью телескопов на Земле. Причин появления этих металлов в экзосферах может быть несколько, однако наиболее вероятной является метеоритная бомбардировка.

«При приближении к поверхности небесных тел метеороиды развивают скорость, равную нескольким десяткам км/c, и, следовательно, обладают большой кинетической энергией, которая при их падении выделяется в виде теплоты. Далее после определённых термохимических реакций образуются оксиды и гидроксиды этих металлов, которые вылетают с большой скоростью. Под действием солнечного излучения такие молекулы могут распадаться на отдельные составляющие — так атомы металлов появляются в экзосферах небесных тел Солнечной системы», — говорят учёные.

Для проверки гипотезы были задействованы мощности суперкомпьютера ТГУ. При этом исследователи создали специальную физическую модель. «Наши результаты подтвердили, что источником атомов в экзосферах Луны, Меркурия и, возможно, других небесных тел Солнечной системы действительно является фотолиз солнечными фотонами молекул LiO, NaO, KO и MgO», — говорят авторы работы. 

Томский государственный университет (ТГУ) получил грант правительства Российской Федерации на формирование центра мирового класса по анализу данных Большого адронного коллайдера (БАК) в CERN (Швейцария).

Комплекс БАК — ускоритель заряженных частиц на встречных пучках, предназначенный для разгона протонов и тяжёлых ионов и изучения продуктов их соударений. Протяжённость основного кольца ускорителя составляет около 27 км.

Изображения CERN

Как сообщается, до 2020 года за счёт гранта в ТГУ будет создан центр анализа данных эксперимента ATLAS (A Toroidal LHC ApparatuS). Он проводится на одноимённом детекторе, предназначенном для исследования протон-протонных столкновений.

Проект по созданию нового российского научного центра для анализа данных БАК рассчитан на три года. Ежегодно на реализацию инициативы планируется выделять приблизительно 30 млн рублей.

В рамках проекта учёные разработают и создадут специализированный инструмент — так называемый кластер для анализа данных — на базе университетского суперкомпьютера СКИФ Cyberia. Обрабатывать информацию будут с использованием систем машинного обучения и искусственного интеллекта. Производительность таких систем существенно возрастает при использовании дополнительных ускорителей вычислений, таких как GPU и FPGA.

«Центр будет оснащён не только самой современной вычислительной техникой и лабораторным оборудованием, но и прототипами действующих в CERN детекторов заряженных частиц. Сотрудники центра будут принимать активное участие в экспериментальной программе ATLAS», — говорится в сообщении ТГУ. 

На дворе эпоха массивных параллельных вычислений — в этом нет сомнения. В этой области нередко ставятся своеобразные рекорды. Так, учёные из Научно-технологического университета имени короля Абдаллы (KAUST) уже смогли распараллелить процесс симуляции поведения жидкостей в ANSYS Fluent почти на 200 тысяч процессорных ядер Haswell-EP. Но их достижение далеко переплюнули космологи из Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли (США), исследуя реликтовое излучение.

Машинный зал Cori

Этот феномен являет собой равномерно заполняющее вселенную тепловое излучение, возникшее почти сразу после Большого взрыва — всего через 379 тысяч лет. Изучая структуру этого излучения, можно многое узнать о секретах нашей вселенной, ранних стадиях её развития и многом другом. И, похоже, пришла пора по-настоящему мощных экспериментов в этой области. Мощных в плане вычислительных возможностей: исследователям удалось заставить работать пакет TOAST (Time Ordered Astrophysics Scalable Tools) на 658 784 процессорах Knights Landing (Xeon Phi).

Карта реликтового излучения неоднородна, что даёт массу информации исследователям

Это достижение было сделано на системе Cori, установленной в национальном научно-исследовательском вычислительном центре энергетики (NERSC). Конечно, ядра у Knights Landing попроще, нежели у Haswell-EP, да и рабочая задача совершенно иная, но, тем не менее, это новый рекорд параллельности в вычислениях, весьма существенно превышающий предыдущий. И это важная веха, поскольку, как считают исследователи, в течение ближайших 10 лет объём данных о реликтовом излучении увеличится в 1000 раз и для их обработки потребуются соответствующие вычислительные мощности.

Современная вычислительная техника уже достигла того уровня, когда возможна полноценная симуляция поведения молекул вещества. Но такая симуляция требует чудовищных вычислительных мощностей, которые, в свою очередь, влекут за собой чудовищные энергетические затраты, поэтому разработчики постоянно ищут новые пути и предлагают новые архитектуры. Так, специализированные ускорители, разработанные D.E. Shaw Research, успешно работают в суперкомпьютерах серии Anton. Рассматриваются и другие пути, такие, как использование графических ускорителей или даже многоядерных процессоров общего назначения, например, Intel Knights Landing.

Кластер Anton, 512 узлов

В настоящее время ведутся работы по созданию специализированного процессора для расчётов молекулярной динамики, в основе которого будет лежать принцип MapReduce. Разработками занимается группа учёных из Политехнического университета Бухареста (Румыния) и Колледжа Святого Ансельма (США). Сейчас ускорители общего назначения могут справиться с 75 % задач, в частности, с наиболее популярным в этой области пакетом GROMACS, но исследователям удалось ускорить и оставшиеся 25 % с применением нового ускорителя. Прототип смог показать 64-процентную эффективность распараллеливания при расчёте повторяющихся клеточных структур.

Эффективность нового ускорителя впечатляет даже в реализации ПЛИС

Архитектура нового ускорителя, пока реализованного в виде ПЛИС, в целом, схожа с архитектурой чипов Anton, при этом последние являют собой специализированные ASIC, которые лишь в три раза эффективнее ПЛИС-версии новой разработки. Если её также выполнить в виде специализированного чипа с частотой 2,7 ГГц, то производительность окажется выше, а уровень энергопотребления — намного ниже, нежели у решения D.E. Shaw Research. По уровню удельной производительности новинка занимает первое место даже сейчас, а в окончательном варианте выигрыш составит до 300 раз.