lượng tử

TÍN DỤNG HÌNH ẢNH: lượng tử

Tại sao các quốc gia lại cạnh tranh để chế tạo những siêu máy tính lớn nhất? Tương lai của Máy tính P6

David Tal, Nhà xuất bản, Người theo chủ nghĩa vị lai
@DavidTalWrites
LinkedIn

Thứ Ba, 09/15/2020 - 15:33

Ai kiểm soát tương lai của điện toán, làm chủ thế giới. Các công ty công nghệ biết điều đó. Các quốc gia biết điều đó. Và đó là lý do tại sao những bên có mục tiêu sở hữu dấu ấn lớn nhất đối với thế giới tương lai của chúng ta đang trong một cuộc chạy đua hoảng loạn nhằm chế tạo những siêu máy tính ngày càng mạnh mẽ.

Ai là người chiến thắng? Và chính xác thì tất cả các khoản đầu tư vào máy tính này sẽ được đền đáp như thế nào? Trước khi khám phá những câu hỏi này, chúng ta hãy tóm tắt lại trạng thái của siêu máy tính hiện đại.

Góc nhìn về siêu máy tính

Cũng giống như trong quá khứ, siêu máy tính trung bình ngày nay là một cỗ máy khổng lồ, có kích thước tương đương với một bãi đậu xe chứa được 40-50 chiếc ô tô và họ có thể tính toán trong một ngày giải pháp cho những gì sẽ khiến máy tính cá nhân trung bình hàng nghìn năm tới giải quyết. Sự khác biệt duy nhất là giống như máy tính cá nhân của chúng ta đã trưởng thành về sức mạnh tính toán, thì siêu máy tính của chúng ta cũng vậy.

Đối với bối cảnh, các siêu máy tính ngày nay cạnh tranh ở quy mô petaflop: 1 Kilobyte = 1,000 bit 1 Megabit = 1,000 kilobyte 1 Gigabit = 1,000 Megabit 1 Terabit = 1,000 Gigabit 1 Petabit = 1,000 Terabit

Để dịch thuật ngữ bạn sẽ đọc bên dưới, hãy biết rằng 'Bit' là một đơn vị đo lường dữ liệu. 'Byte' là một đơn vị đo lường để lưu trữ thông tin kỹ thuật số. Cuối cùng, 'Flop' là viết tắt của các phép toán dấu phẩy động trên giây và đo tốc độ tính toán. Các phép toán dấu phẩy động cho phép tính toán các số rất dài, một khả năng quan trọng đối với nhiều lĩnh vực khoa học và kỹ thuật, và là một chức năng mà các siêu máy tính được chế tạo đặc biệt. Đây là lý do tại sao khi nói về siêu máy tính, ngành công nghiệp sử dụng thuật ngữ 'thất bại'.

Ai kiểm soát các siêu máy tính hàng đầu thế giới?

Khi nói đến cuộc chiến giành ưu thế siêu máy tính, các quốc gia hàng đầu thực sự là những người bạn mong đợi: chủ yếu là Hoa Kỳ, Trung Quốc, Nhật Bản và một số quốc gia EU.

Tuy nhiên, ngoài việc chiếm được uy tín trong top 10 toàn cầu, điều thực sự quan trọng là tỷ trọng tài nguyên siêu máy tính của một quốc gia và ở đây một quốc gia đã vượt lên dẫn trước: Trung Quốc.

Tại sao các quốc gia cạnh tranh để giành quyền tối cao về siêu máy tính

Dựa trên một Xếp hạng năm 2017, Trung Quốc là quê hương của 202 trong số 500 siêu máy tính nhanh nhất thế giới (40%), trong khi Mỹ kiểm soát 144 (29%). Nhưng các con số có nghĩa là ít hơn quy mô điện toán mà một quốc gia có thể khai thác, và ở đây, Trung Quốc cũng kiểm soát vị thế chỉ huy; Ngoài việc sở hữu hai trong ba siêu máy tính hàng đầu (2018), Trung Quốc còn chiếm 35% công suất siêu máy tính của thế giới, so với 30% của Mỹ.

Tại thời điểm này, câu hỏi tự nhiên cần đặt ra là, ai quan tâm? Tại sao các quốc gia cạnh tranh về việc xây dựng siêu máy tính nhanh hơn bao giờ hết?

Như chúng tôi sẽ trình bày dưới đây, siêu máy tính là một công cụ hỗ trợ. Chúng cho phép các nhà khoa học và kỹ sư của một quốc gia tiếp tục đạt được những tiến bộ ổn định (và đôi khi là những bước tiến vượt bậc) trong các lĩnh vực như sinh học, dự báo thời tiết, vật lý thiên văn, vũ khí hạt nhân, v.v.

Nói cách khác, siêu máy tính cho phép khu vực tư nhân của một quốc gia xây dựng các dịch vụ sinh lời nhiều hơn và khu vực công của họ hoạt động hiệu quả hơn. Trong nhiều thập kỷ, những tiến bộ hỗ trợ siêu máy tính này có thể thay đổi đáng kể vị thế kinh tế, quân sự và địa chính trị của một quốc gia.

Ở cấp độ trừu tượng hơn, quốc gia kiểm soát tỷ trọng lớn nhất về năng lực siêu máy tính sẽ sở hữu tương lai.

Phá vỡ rào cản exaflop

Với những thực tế nêu trên, không có gì ngạc nhiên khi Mỹ đang lên kế hoạch trở lại.

Năm 2017, Tổng thống Obama đã khởi động Sáng kiến Điện toán Chiến lược Quốc gia với tư cách là sự hợp tác giữa Bộ Năng lượng, Bộ Quốc phòng và Quỹ Khoa học Quốc gia. Sáng kiến này đã trao tổng cộng 258 triệu đô la cho sáu công ty trong nỗ lực nghiên cứu và phát triển siêu máy tính exaflop đầu tiên trên thế giới có tên Rạng đông. (Đối với một số góc nhìn, đó là 1,000 petaflop, gần bằng sức mạnh tính toán của 500 siêu máy tính hàng đầu thế giới cộng lại và nhanh hơn một nghìn tỷ lần so với máy tính xách tay cá nhân của bạn.) Máy tính này được thiết lập để phát hành vào khoảng năm 2021 và sẽ hỗ trợ các sáng kiến nghiên cứu của các tổ chức như Bộ An ninh Nội địa, NASA, FBI, Viện Y tế Quốc gia, v.v.

Chỉnh sửa: Vào tháng 2018 năm XNUMX, Chính phủ Hoa Kỳ công bố 600 triệu đô la để tài trợ cho ba máy tính exaflop mới:

* Hệ thống ORNL được giao vào năm 2021 và được chấp nhận vào năm 2022 (hệ thống ORNL) * Hệ thống LLNL được giao vào năm 2022 và được chấp nhận vào năm 2023 (hệ thống LLNL) * Hệ thống tiềm năng ANL được giao vào năm 2022 và được chấp nhận vào năm 2023 (hệ thống ANL)

Thật không may cho Mỹ, Trung Quốc cũng đang nghiên cứu siêu máy tính exaflop của riêng mình. Do đó, cuộc đua vẫn tiếp tục.

Siêu máy tính sẽ tạo ra những đột phá khoa học trong tương lai như thế nào

Những siêu máy tính hiện tại và tương lai đã được gợi ý cho phép tạo ra những đột phá trong một loạt các lĩnh vực.

Trong số những cải tiến ngay lập tức mà công chúng sẽ nhận thấy là các tiện ích hàng ngày sẽ bắt đầu hoạt động nhanh hơn và tốt hơn rất nhiều. Dữ liệu lớn mà các thiết bị này chia sẻ vào đám mây sẽ được các siêu máy tính của công ty xử lý hiệu quả hơn, để các trợ lý cá nhân di động của bạn, như Amazon Alexa và Google Assistant, sẽ bắt đầu hiểu ngữ cảnh đằng sau bài phát biểu của bạn và trả lời những câu hỏi phức tạp không cần thiết của bạn một cách hoàn hảo. Hàng tấn thiết bị đeo mới cũng sẽ mang đến cho chúng ta những sức mạnh đáng kinh ngạc, chẳng hạn như nút tai thông minh dịch ngay lập tức các ngôn ngữ theo thời gian thực, kiểu Star Trek.

Tương tự như vậy, vào giữa những năm 2020, một lần Internet of Things trưởng thành ở các nước phát triển, gần như mọi sản phẩm, xe cộ, tòa nhà và mọi thứ trong ngôi nhà của chúng ta sẽ được kết nối web. Khi điều này xảy ra, thế giới của bạn sẽ trở nên dễ dàng hơn.

Ví dụ, tủ lạnh của bạn sẽ nhắn cho bạn một danh sách mua sắm khi bạn hết thực phẩm. Sau đó, bạn sẽ đi bộ vào một siêu thị, chọn danh sách các mặt hàng thực phẩm và đi ra ngoài mà không bao giờ gặp thu ngân hoặc máy tính tiền — các mặt hàng sẽ tự động được ghi nợ từ tài khoản ngân hàng của bạn khi bạn ra khỏi tòa nhà lần thứ hai. Khi bạn bước ra bãi đậu xe, một chiếc taxi tự lái sẽ đợi bạn với cốp mở để cất túi và chở bạn về nhà.

Nhưng vai trò của những siêu máy tính trong tương lai này ở cấp độ vĩ mô sẽ còn lớn hơn rất nhiều. Một vài ví dụ:

Mô phỏng kỹ thuật số: Các siêu máy tính, đặc biệt là ở exascale, sẽ cho phép các nhà khoa học xây dựng các mô phỏng chính xác hơn về các hệ thống sinh học, như dự báo thời tiết và các mô hình biến đổi khí hậu dài hạn. Tương tự như vậy, chúng tôi sẽ sử dụng chúng để tạo ra các mô phỏng giao thông tốt hơn có thể hỗ trợ sự phát triển của ô tô tự lái.

Chất bán dẫn: Các vi mạch hiện đại đã trở nên quá phức tạp để các nhóm người có thể tự thiết kế một cách hiệu quả. Vì lý do này, phần mềm máy tính tiên tiến và siêu máy tính đang ngày càng đóng vai trò quan trọng hàng đầu trong việc kiến trúc các máy tính của ngày mai.

Nông nghiệp: Các siêu máy tính trong tương lai sẽ cho phép phát triển các loài thực vật mới có khả năng chịu hạn, chịu nhiệt và chịu nước mặn, cũng như giàu dinh dưỡng — công việc thiết yếu cần thiết để nuôi sống hai tỷ người tiếp theo được dự đoán sẽ gia nhập thế giới vào năm 2050. Đọc thêm trong Tương lai của dân số loài người series.

Dược lớn: Các công ty dược phẩm cuối cùng sẽ đạt được khả năng xử lý hoàn toàn một loạt các bộ gen người, động vật và thực vật để hỗ trợ việc tạo ra thuốc và phương pháp điều trị mới cho nhiều loại bệnh phổ biến và không phổ biến trên thế giới. Điều này đặc biệt hữu ích trong các đợt bùng phát vi rút mới, như cơn sợ hãi Ebola năm 2015 từ Đông Phi. Tốc độ xử lý trong tương lai sẽ cho phép các công ty dược phẩm phân tích bộ gen của virus và chế tạo vắc xin tùy chỉnh trong vòng vài ngày thay vì vài tuần hoặc vài tháng. Đọc thêm trong của chúng tôi Tương lai của sức khỏe series.

An ninh quốc gia: Đây là lý do chính khiến chính phủ đầu tư rất nhiều vào việc phát triển siêu máy tính. Những siêu máy tính mạnh hơn sẽ giúp các vị tướng trong tương lai tạo ra các chiến lược chiến đấu chính xác cho bất kỳ tình huống chiến đấu nào; nó sẽ giúp thiết kế các hệ thống vũ khí hiệu quả hơn, và nó sẽ giúp các cơ quan thực thi pháp luật và gián điệp xác định tốt hơn các mối đe dọa tiềm tàng từ lâu trước khi chúng có thể gây hại cho dân thường trong nước.

Trí tuệ nhân tạo

Và sau đó chúng ta đến với chủ đề gây tranh cãi về trí tuệ nhân tạo (AI). Những đột phá mà chúng ta sẽ thấy trong AI thực sự trong những năm 2020 và 2030 phụ thuộc hoàn toàn vào sức mạnh thô của các siêu máy tính trong tương lai. Nhưng điều gì sẽ xảy ra nếu những siêu máy tính mà chúng tôi đã gợi ý trong suốt toàn bộ chương này có thể trở nên lỗi thời bởi một loại máy tính hoàn toàn mới?

Chào mừng bạn đến với máy tính lượng tử — chương cuối cùng của loạt bài này chỉ cách bạn một cú nhấp chuột.