Objašnjenje Exascale Računarstva: Kako Kvintilijun Izračuna U Sekundi Će Transformirati Znanost, Industriju I Društvo. Otkrijte Proboje, Izazove I Globalnu Utrku Iza Ove Tehnološke Skok. (2025)

• Uvod: Definiranje Exascale Računarstva I Njegovog Značenja
• Povijesna Evolucija: Od Petaskala Do Exaskala Milestones
• Ključne Tehnologije Koje Pokreću Exascale Sustave
• Glavni Exascale Projekti I Globalne Inicijative
• Primjene: Znanstvena Otkrića, AI I Utjecaj Na Industriju
• Izazovi: Energetska Učinkovitost, Skalabilnost I Softverski Uska Grla
• Rast Tržišta I Javni Interes: Prognoze I Trendovi (2024–2030)
• Vodeće Organizacije I Suradnje (npr., DOE, EuroHPC, RIKEN)
• Sigurnost, Etika I Društvene Implikaije Exascale Računarstva
• Buduće Gledište: Iza Exaskala—Zettaskala I Put Naprijed
• Izvori I Reference

Uvod: Definiranje Exascale Računarstva I Njegovog Značenja

Exascale računarstvo odnosi se na računalne sustave sposobne izvesti barem jedan exaflop, ili milijardu milijardi (10¹⁸) izračuna u sekundi. To predstavlja tisuću puta veće povećanje u odnosu na petaskalne sustave, koji rade na 10¹⁵ izračuna u sekundi. Prijelaz na exascale označava ključnu prekretnicu u računarstvu visokih performansi (HPC), omogućujući neviđene napretke u znanstvenom istraživanju, inženjerstvu i analizi podataka. Exascale sustavi su dizajnirani za rješavanje složenih problema koji su trenutno izvan dosega postojećih superračunala, kao što su detaljno modeliranje klime, otkrivanje lijekova, simulacije nuklearne fuzije i umjetna inteligencija na velikoj skali.

Značaj exascale računarstva leži u njegovom transformativnom potencijalu u više domena. Na primjer, u znanosti o klimi, exascale sustavi mogu modelirati klimu Zemlje s daleko većom rezolucijom i točnošću, poboljšavajući predikcije ekstremnih vremenskih događaja i dugoročnih klimatskih promjena. U zdravstvu, exascale računarstvo ubrzava simulaciju molekularnih interakcija, ubrzavajući razvoj novih lijekova i terapija. U energetici, omogućuje simulaciju naprednih materijala i nuklearnih procesa, podržavajući potragu za održivim energetskim rješenjima. Nadalje, exascale platforme su ključne za nacionalnu sigurnost, podržavajući kriptografiju, simulacije obrane i kibernetičku sigurnost.

Od 2025. godine, globalna utrka za postizanje i implementaciju exascale računarstva je u punom jeku. Sjedinjene Američke Države, putem Ministarstva energetike SAD-a, su lider u ovom području, s implementacijom sustava kao što je Frontier u Oak Ridge National Laboratory, koji je postao prvo javno priznato exascale superračunalo u 2022. godini. Druge velike sile uključuju EuroHPC Joint Undertaking, europsku inicijativu koja koordinira razvoj exascale infrastrukture među državama članicama EU, i RIKEN u Japanu, koja je na čelu istraživanja i razvoja superračunala.

Gledajući unaprijed u sljedeće godine, očekuje se da će exascale računarstvo postati pristupačnije i integrirano u šire znanstvene i industrijske radne tokove. Fokus se premješta s pukog postizanja exascale performansi na optimizaciju energetske učinkovitosti, skalabilnosti softvera i utjecaja na stvarne aplikacije. Kako više exascale sustava dolazi na mrežu globalno, njihov utjecaj će se proširiti izvan tradicionalnih HPC centara, potičući inovacije u umjetnoj inteligenciji, analizi velikih podataka i digitalnim blizancima. Era exascale obećava redefinirati granice onoga što je računalno moguće, otvarajući nove granice u znanosti i tehnologiji.

Povijesna Evolucija: Od Petaskala Do Exaskala Milestones

Put od petaskalnog do exaskalnog računarstva označava transformativnu eru u računarstvu visokih performansi (HPC), karakteriziranu eksponencijalnim rastom računalne snage i sposobnošću rješavanja prethodno nerješivih znanstvenih i inženjerskih izazova. Petaskalni prag—jedan kvadrilijun (10¹⁵) operacija s pomičnom točkom u sekundi (FLOPS)—prvi je put premašen 2008. godine s implementacijom IBM Roadrunner sustava u Los Alamos National Laboratory, prekretnica koja je postavila temelje za novu eru znanstvenog otkrića.

Tijekom sljedećeg desetljeća, globalna ulaganja u HPC infrastrukturu su ubrzana, pri čemu su Sjedinjene Američke Države, Kina, Japan i Europska unija postale vođe u utrci prema exascale računarstvu. Exascale benchmark, definiran kao jedan kvintilijun (10¹⁸) FLOPS, postao je strateški cilj za ove nacije, obećavajući proboje u područjima kao što su modeliranje klime, genomika, znanost o materijalima i umjetna inteligencija.

Prvi operativni exascale sustav, Frontier, službeno je pokrenut u Oak Ridge National Laboratory u 2022. godini, postigavši vrhunsku izvedbu od preko 1.1 exaFLOPS i osiguravši vrhunsko mjesto na TOP500 listi superračunala. Oak Ridge National Laboratory upravlja Ministarstvo energetike SAD-a i odigrao je ključnu ulogu u unapređenju HPC sposobnosti. Frontierova arhitektura, temeljena na AMD CPU-ima i GPU-ima, pokazala je izvedivost velikih heterogenih računalnih sustava, postavljajući predložak za buduće sustave.

Nakon Frontiera, očekuje se da će sustav Aurora Ministarstva energetike SAD-a u Argonne National Laboratory i El Capitan u Lawrence Livermore National Laboratory postići ili premašiti exascale performanse do 2025. godine, dodatno učvršćujući američko vodstvo u ovom području. U međuvremenu, Kina je navodno razvila sustave klase exascale, kao što su Sunway OceanLight i Tianhe-3, iako službene javne benchmark rezultate ostaju ograničeni. Japansko superračunalo Fugaku, razvijeno od strane RIKEN-a i Fujitsua, također se približava exascale performansama, posebno u aplikacijama specifičnim benchmarkovima, i nastavlja biti globalni lider u znanstvenom računarstvu (RIKEN).

Gledajući unaprijed do 2025. godine i dalje, očekuje se da će era exascale potaknuti inovacije u hardveru, softveru i energetskoj učinkovitosti. Europska unija putem EuroHPC Joint Undertaking ulaže u domaće exascale sustave, s ciljem jačanja znanstvene suverenosti i konkurentnosti (EuroHPC Joint Undertaking). Kako exascale računarstvo postaje pristupačnije, očekuje se da će katalizirati napretke u umjetnoj inteligenciji, digitalnim blizancima i analizi podataka u stvarnom vremenu, fundamentalno preoblikujući istraživačke i industrijske pejzaže širom svijeta.

Ključne Tehnologije Koje Pokreću Exascale Sustave

Exascale računarstvo, definirano kao sposobnost izvođenja barem jednog exaflopa (10¹⁸ operacija s pomičnom točkom u sekundi), predstavlja transformativnu prekretnicu u računarstvu visokih performansi (HPC). Od 2025. godine, realizacija exascale sustava temelji se na nekoliko ključnih tehnoloških napredaka, od kojih svaki adresira ogromne izazove u računalnoj snazi, energiji i prijenosu podataka inherentne ovoj skali.

Napredne Arhitekture Procesora: Srž exascale sustava leži u heterogenim arhitekturama procesora. Moderna exascale superračunala, kao što su američki “Frontier” i “Aurora,” koriste kombinaciju visokih performansi CPU-a i energetski učinkovitih GPU-a. Ovi sustavi koriste prilagođeni silicij, kao što su AMD-ovi EPYC CPU-i i Instinct GPU-i u Frontieru, kako bi maksimizirali paralelizam i propusnost dok upravljaju potrošnjom energije. Očekuje se da će trend prema dizajnu baziranom na čipletima i 3D stakiranju ubrzati, omogućujući veću gustoću i poboljšanu propusnost interkonekcija u narednim godinama (AMD).

Memorijska Propusnost I Interkonekcije: Propusnost memorije i latencija su kritična uska grla na exascale razini. Da bi se to riješilo, exascale sustavi koriste tehnologije visoke propusnosti memorije (HBM) i napredne interkonekcije. Na primjer, korištenje HBM2e i novih HBM3 standarda, zajedno s proprietarnim interkonekcijama kao što su AMD-ova Infinity Fabric i NVIDIA-ov NVLink, olakšava brzi prijenos podataka između računalnih čvorova i akceleratora. Očekuje se da će usvajanje optičkih interkonekcija i silicijskih fotonika dodatno smanjiti latenciju i potrošnju energije kako sustavi prelaze granicu 2025. godine (NVIDIA).

Energijska Učinkovitost I Hlađenje: Potrošnja energije je definirajući ograničavajući faktor za exascale računarstvo. Inovacije u dinamičkom upravljanju naponom i frekvencijom, naprednom upravljanju energijom i sustavima tekućeg hlađenja su bitne za održavanje potrošnje energije unutar praktičnih granica. Exascale projekti Ministarstva energetike SAD-a postavili su ciljeve za energetske omotnice sustava ispod 40 megavata, potičući istraživanje u učinkovitijim hardverskim i hlađenim rješenjima (Ministarstvo energetike SAD-a).

Softverski Ekosustav I Programski Modeli: Exascale sustavi zahtijevaju robusne softverske stackove sposobne iskoristiti masivni paralelizam. Inicijative otvorenog koda, kao što je Exascale Computing Project, razvijaju nove programske modele, biblioteke prenosive u performansama i skalabilna okruženja izvođenja. Fokus je na omogućavanju znanstvenih aplikacija da učinkovito koriste heterogeni hardver, s kontinuiranim radom na paralelizmu temeljenom na zadacima, integraciji AI i toleranciji na greške koja se očekuje da će se razviti do kraja 2020-ih (Exascale Computing Project).

Gledajući unaprijed, konvergencija AI i HPC, napredak u kvantno inspiriranim algoritmima i kontinuirani su-dizajn hardvera i softvera oblikovat će evoluciju exascale tehnologija, osiguravajući da ovi sustavi ostanu na čelu znanstvenih otkrića i inovacija.

Glavni Exascale Projekti I Globalne Inicijative

Exascale računarstvo, definirano kao sposobnost izvođenja barem jednog exaflopa (10¹⁸ operacija s pomičnom točkom u sekundi), označava transformativni skok u računarstvu visokih performansi (HPC). Od 2025. godine, nekoliko glavnih exascale projekata i globalnih inicijativa oblikuje krajolik, vođen nacionalnim strategijama, znanstvenim ambicijama i industrijskim potrebama.

U Sjedinjenim Američkim Državama, Ministarstvo energetike SAD-a (DOE) predvodi Exascale Computing Project (ECP), višegodišnju inicijativu za razvoj exascale sustava i softvera. DOE-ov Oak Ridge National Laboratory (ORNL) pokrenuo je Frontier u 2022. godini, prvo javno priznato exascale superračunalo na svijetu, postigavši više od 1.1 exaflopa na LINPACK benchmarku. Frontier je dizajniran za podršku širokom rasponu znanstvenih aplikacija, od modeliranja klime do znanosti o materijalima, i očekuje se da će ostati središnji resurs za istraživanje u SAD-u tijekom desetljeća. Argonne National Laboratory DOE-a implementira Aurora, još jedan exascale sustav, s fokusom na umjetnu inteligenciju i radne opterećenja koja zahtijevaju velike podatke. Ovi sustavi su dio šire strategije SAD-a za održavanje vodstva u HPC-u i podršku nacionalnoj sigurnosti, energiji i znanstvenim otkrićima.

Kina je također postigla značajne napretke, s više exascale klasa sustava koji su navodno operativni od 2021. godine, uključujući Sunway OceanLight i Tianhe-3 superračunala. Iako su detaljni podaci o performansama manje javno dostupni, vjeruje se da su ovi sustavi konkurentni svojim zapadnim kolegama i dio su strateškog plana Kine za postizanje tehnološke samodostatnosti i globalnog vodstva u superračunalu. Nacionalna zaklada za prirodne znanosti Kine i druge državne agencije koordiniraju ove napore, podržavajući inovacije u hardveru i razvoj aplikacija.

U Europi, Europska Inicijativa Za Računarstvo Visokih Performansi (EuroHPC JU) je javno-privatno partnerstvo osnovano s ciljem razvoja ekosustava superračunala svjetske klase. EuroHPC JU nadgleda implementaciju JUPITER u Forschungszentrum Jülich u Njemačkoj, koji se očekuje da će postati prvo exascale superračunalo u Europi do 2025. godine. JUPITER će podržati istraživanje u znanosti o klimi, medicini i inženjerstvu, i dio je šire europske inicijative za osiguranje digitalne suverenosti i konkurentnosti.

Japan nastavlja ulagati u exascale istraživanje kroz RIKEN Centar za Računalnu Znanost, koji upravlja superračunalom Fugaku. Iako Fugaku nije exascale sustav prema strogoj definiciji, postigao je vrhunske globalne rangove i služi kao platforma za istraživanje i razvoj klase exascale. Japanska mapa puta uključuje daljnja ulaganja u arhitekture i aplikacije sljedeće generacije.

Gledajući unaprijed, sljedeće godine će donijeti širenje exascale mogućnosti, s novim sustavima planiranim u Indiji, Južnoj Koreji i drugim regijama. Ove inicijative se očekuje da će potaknuti napredak u umjetnoj inteligenciji, modeliranju klime, otkrivanju lijekova i još mnogo toga, dok također postavljaju nove izazove u energetskoj učinkovitosti, skalabilnosti softvera i međunarodnoj suradnji.

Primjene: Znanstvena Otkrića, AI I Utjecaj Na Industriju

Exascale računarstvo, definirano kao sustavi sposobni izvesti barem jedan exaflop (10¹⁸ operacija s pomičnom točkom u sekundi), brzo transformira krajolik znanstvenih otkrića, umjetne inteligencije (AI) i industrijske inovacije. Od 2025. godine, implementacija exascale superračunala omogućava proboje u više domena, s značajnim implikacijama za istraživanje i industriju.

U znanstvenom istraživanju, exascale sustavi ubrzavaju napredak u područjima kao što su modeliranje klime, genomika i znanost o materijalima. Na primjer, Oak Ridge National Laboratory (ORNL) u Sjedinjenim Američkim Državama upravlja superračunalom “Frontier”, koje je premašilo exascale prag u 2022. godini. Frontier se koristi za simulaciju složenih klimatskih sustava s neviđenom rezolucijom, modeliranje ponašanja novih materijala na atomskoj razini i analizu masivnih genomski skupova podataka kako bi se unaprijedila precizna medicina. Ove sposobnosti se očekuje da će se produbiti u narednim godinama dok istraživači koriste exascale moć za rješavanje prethodno nerješivih problema.

Umjetna inteligencija je još jedno područje koje doživljava promjenu paradigme zahvaljujući exascale računarstvu. Sposobnost treniranja i implementacije velikih AI modela—kao što su oni koji se koriste u obradi prirodnog jezika, otkrivanju lijekova i autonomnim sustavima—oslanja se na ogromne računalne resurse. Exascale platforme, poput onih koje razvijaju Los Alamos National Laboratory i Argonne National Laboratory, koriste se za treniranje AI modela sljedeće generacije s milijardama parametara, omogućujući točnije predikcije i brže inovacijske cikluse. Ova poboljšanja se očekuju da će potaknuti nove aplikacije u zdravstvu, energiji i nacionalnoj sigurnosti do 2025. godine i dalje.

Industrijski utjecaj exascale računarstva također postaje sve očitiji. Sektori poput zrakoplovstva, automobilske industrije i energetike koriste exascale simulacije za optimizaciju dizajna proizvoda, poboljšanje proizvodnih procesa i povećanje sigurnosti. Na primjer, tvrtke surađuju s nacionalnim laboratorijima kako bi simulirale dinamiku fluida za učinkovitije zrakoplove, modelirale izgaranje za čišće motore i analizirale seizmičke podatke za poboljšanu istraživanje nafte i plina. Ministarstvo energetike SAD-a (DOE), ključni pokretač exascale inicijativa, potiče javno-privatna partnerstva kako bi osigurao da ove sposobnosti donesu ekonomske i društvene koristi.

Gledajući unaprijed, kontinuirano širenje exascale infrastrukture i razvoj softvera spremnog za exascale očekuje se da će dodatno demokratizirati pristup računarstvu visokih performansi. Kako više zemalja i organizacija ulaže u exascale sustave, sljedeće godine će vjerojatno donijeti proliferaciju znanstvenih otkrića, AI proboja i industrijskih inovacija potaknutih ovom transformativnom tehnologijom.

Izazovi: Energetska Učinkovitost, Skalabilnost I Softverski Uska Grla

Exascale računarstvo, definirano kao sustavi sposobni izvesti barem jedan exaflop (10¹⁸ operacija s pomičnom točkom u sekundi), predstavlja transformativni skok u računalnoj snazi. Međutim, kako prva exascale sustava dolaze na mrežu i kako se planira više njih za implementaciju do 2025. godine i dalje, područje se suočava s značajnim izazovima u energetskoj učinkovitosti, skalabilnosti i softverskoj infrastrukturi.

Energijska Učinkovitost: Energetski zahtjevi exascale sustava su primarna briga. Rane projekcije su procijenile da bi exascale računala mogla zahtijevati stotine megavata, ali nedavni napredci su to smanjili na raspon od 20-40 megavata. Na primjer, Oak Ridge National Laboratory (ORNL) Frontier sustav, koji je postao prvo javno rangirano exascale superračunalo u 2022. godini, radi na oko 21 megavata. Unatoč ovim poboljšanjima, potrošnja energije ostaje ograničavajući faktor za širu implementaciju, jer su troškovi energije i hlađenja značajni, a održivost postaje rastući prioritet za istraživačke institucije i vlade. Napori da se to riješi uključuju razvoj učinkovitijih procesora, naprednih tehnologija hlađenja i strategija dinamičkog upravljanja energijom od strane organizacija poput Intela, AMD-a i NVIDIA.

Skalabilnost: Postizanje učinkovite skalabilnosti preko milijuna procesorskih jezgri je još jedan značajan izazov. Exascale sustavi poput Frontiera i nadolazeće Aurore u Argonne National Laboratory sastoje se od desetaka tisuća čvorova, svaki s više CPU-a i GPU-a. Osiguranje da aplikacije mogu učinkovito iskoristiti ovu masivnu paralelizaciju bez uskih grla nije trivijalno. Mrežne interkonekcije, hijerarhije memorije i prijenos podataka postaju kritični faktori. Projekt TOP500, koji rangira superračunala globalno, istaknuo je da čak i najbrži sustavi često postižu samo mali dio svoje teoretske vršne performanse zbog ovih problema sa skalabilnošću.

Softverska Uska Grla: Softverski ekosustav za exascale računarstvo još uvijek se razvija. Nasljedni znanstveni kodovi često zahtijevaju značajno preuređivanje ili potpuno redizajniranje kako bi iskoristili heterogene arhitekture (kombiniranje CPU-a, GPU-a i specijaliziranih akceleratora) modernih exascale strojeva. Programski modeli poput MPI i OpenMP se proširuju, dok novi paradigmi poput SYCL i Kokkos dobivaju na značaju. Exascale Computing Project (ECP), inicijativa Ministarstva energetike SAD-a, značajno ulaže u razvoj skalabilnih algoritama, biblioteka i alata kako bi se riješila ova uska grla. Međutim, složenost otklanjanja grešaka, podešavanje performansi i osiguranje prenosivosti preko različitih hardverskih platformi ostaje značajna prepreka za istraživače i programere.

Gledajući unaprijed do 2025. godine i sljedećih godina, rješavanje ovih izazova bit će ključno za ostvarenje punih znanstvenih i društvenih koristi exascale računarstva. Kontinuirana suradnja između proizvođača hardvera, istraživačkih laboratorija i globalne znanstvene zajednice bit će ključna za prevladavanje ovih prepreka i omogućavanje sljedeće generacije proboja u područjima od modeliranja klime do umjetne inteligencije.

Rast Tržišta I Javni Interes: Prognoze I Trendovi (2024–2030)

Exascale računarstvo, definirano kao sustavi sposobni izvesti barem jedan exaflop (10¹⁸ operacija s pomičnom točkom u sekundi), ulazi u ključnu fazu rasta tržišta i javnog angažmana od 2025. godine. Implementacija prvih exascale superračunala—poput američkih “Frontier” i “Aurora”—pokrenula je porast kako vladinih tako i industrijskih ulaganja. Ovi sustavi, razvijeni i upravljani od strane Oak Ridge National Laboratory i Argonne National Laboratory, nisu samo tehnološke prekretnice već i mjerila za globalnu konkurentnost u računarstvu visokih performansi (HPC).

Očekuje se da će tržište exascale doživjeti snažan rast do 2030. godine, vođeno rastućom potražnjom iz sektora kao što su modeliranje klime, otkrivanje lijekova, umjetna inteligencija i napredna proizvodnja. Ministarstvo energetike SAD-a nastavlja prioritizirati exascale inicijative, s tekućim financiranjem za istraživanje, razvoj hardvera i softverske ekosustave. Paralelno, Europska unija putem EuroHPC Joint Undertaking ubrzava svoju vlastitu exascale mapu puta, s ciljem implementacije najmanje dva exascale sustava do 2025–2026. godine kako bi ojačala europsku digitalnu suverenost i znanstveno vodstvo.

Azija je također značajan igrač, s kineskim exascale projektima—poput sustava “Sunway” i “Tianhe”—koji navodno postižu exascale performanse, iako su detalji još uvijek u velikoj mjeri povjerljivi. Japanski RIKEN i Nacionalni Institut Za Naprednu Industrijsku Znanost I Tehnologiju unapređuju vlastita istraživanja klase exascale, oslanjajući se na uspjeh superračunala “Fugaku”.

Javni interes za exascale računarstvo raste, osobito kako njegove primjene postaju vidljivije u područjima poput odgovora na pandemije, energetske tranzicije i otpornosti na klimu. Vlade sve više oblikuju exascale kao stratešku imovinu, povezujući ga s nacionalnom sigurnošću, ekonomskom konkurentnošću i znanstvenom inovacijom. To se odražava u politikama, financijskim najavama i međunarodnim suradnjama.

Gledajući unaprijed do 2030. godine, očekuje se da će tržište exascale postati raznolikije, s cloud-based exascale uslugama i hibridnim arhitekturama koje čine ove sposobnosti pristupačnijima industriji i akademskoj zajednici. Očekuje se da će konvergencija exascale računarstva s umjetnom inteligencijom i kvantnim tehnologijama dodatno proširiti njegov utjecaj. Kako više zemalja i organizacija ulaže u exascale infrastrukturu, globalni krajolik će vjerojatno vidjeti pojačanu konkurenciju, nova partnerstva i širu demokratizaciju superračunalne moći.

Vodeće Organizacije I Suradnje (npr., DOE, EuroHPC, RIKEN)

Exascale računarstvo, definirano kao sustavi sposobni izvesti barem jedan exaflop (10¹⁸ operacija s pomičnom točkom u sekundi), globalni je poduhvat koji vode velike državne i istraživačke organizacije. Od 2025. godine, vodstvo u razvoju exascale tehnologija koncentrirano je među nekoliko ključnih entiteta, od kojih svaki potiče suradnje koje prelaze kontinente i discipline.

U Sjedinjenim Američkim Državama, Ministarstvo energetike SAD-a (DOE) stoji na čelu. Kroz svoj Exascale Computing Project (ECP), DOE koordinira napore širom svojih nacionalnih laboratorija, uključujući Oak Ridge National Laboratory (ORNL), Argonne National Laboratory (ANL) i Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL). Vodstvo DOE-a učvršćeno je implementacijom “Frontier” u ORNL-u, prvog javno priznatog exascale superračunala na svijetu, i “Aurora” u ANL-u, oba operativna do 2024. godine. Ovi sustavi nisu samo tehnološke prekretnice već i platforme za znanstvenu suradnju, podržavajući istraživanje u modeliranju klime, znanosti o materijalima i umjetnoj inteligenciji.

Europske exascale ambicije koordinira Europska Inicijativa Za Računarstvo Visokih Performansi (EuroHPC JU), javno-privatno partnerstvo koje uključuje Europsku uniju, europske zemlje i industriju. Misija EuroHPC JU-a je razviti ekosustav superračunala svjetske klase u Europi. Do 2025. godine, sustav “JUPITER” u Njemačkoj očekuje se da će biti prvo exascale superračunalo u Europi, s dodatnim sustavima planiranim u drugim državama članicama. EuroHPC JU potiče suradnju među istraživačkim institucijama, industrijom i nacionalnim vladama, s ciljem osiguravanja europske tehnološke suverenosti i konkurentnosti u računarstvu visokih performansi.

U Aziji, japanski RIKEN istraživački institut, u partnerstvu s Fujitsu, bio je lider u inovacijama superračunala. Njihov sustav “Fugaku”, operativan od 2020. godine, bio je najbrže superračunalo na svijetu sve dok ga nisu nadmašili američki exascale sustavi. RIKEN nastavlja ulagati u arhitekture sljedeće generacije, s planovima za exascale klasu nasljednike koji naglašavaju energetsku učinkovitost i svestranost aplikacija. Ove napore podržava japansko Ministarstvo obrazovanja, kulture, sporta, znanosti i tehnologije (MEXT), osiguravajući usklađenost s nacionalnim istraživačkim prioritetima.

Kina je također značajan igrač, s nekoliko institucija koje navodno upravljaju sustavima klase exascale, iako su detalji uglavnom povjerljivi. Nacionalna zaklada za prirodne znanosti Kine i vodeći univerziteti vjeruju se da su središnji u ovim naporima, fokusirajući se na inovacije u hardveru i razvoj aplikacija.

Gledajući unaprijed, sljedeće godine će donijeti intenzivniju suradnju među ovim organizacijama, s zajedničkim istraživačkim inicijativama, dijeljenim softverskim ekosustavima i prekograničnim programima obuke. Očekuje se da će konvergencija exascale računarstva s umjetnom inteligencijom i analizom podataka potaknuti nova znanstvena otkrića i industrijske aplikacije, jačajući stratešku važnost ovih vodećih organizacija i njihovih suradničkih okvira.

Sigurnost, Etika I Društvene Implikaije Exascale Računarstva

Pojava exascale računarstva—sustava sposobnih izvesti barem jedan exaflop, ili milijardu milijardi (10¹⁸) izračuna u sekundi—donosi transformativni potencijal u znanosti, industriji i društvu. Međutim, kako exascale sustavi postaju operativni u 2025. i dalje, također uvode složene izazove u sigurnosti, etici i društvenom utjecaju.

Sigurnost je od najveće važnosti za exascale računarstvo. Samo opseg i međusobna povezanost ovih sustava, često distribuiranih na više lokacija i uključujući međunarodne suradnje, proširuju površinu napada za kibernetičke prijetnje. Očekuje se da će exascale platforme obrađivati osjetljive podatke u područjima kao što su zdravstvo, energija i nacionalna sigurnost, čineći ih privlačnim ciljevima za državne i nedržavne aktere. Organizacije poput Ministarstva energetike SAD-a (DOE), koje vodi Exascale Computing Project, prioritizirale su robusne okvire kibernetske sigurnosti, uključujući naprednu enkripciju, otkrivanje anomalija u stvarnom vremenu i sigurne hardverske arhitekture. Exascale inicijative DOE-a naglašavaju kontinuirano praćenje i brze protokole odgovora kako bi se umanjili rizici povezani s provalama podataka i upadima u sustav.

Etička razmatranja također su u prvom planu dok exascale računarstvo omogućava neviđene mogućnosti analize podataka i simulacije. Sposobnost modeliranja složenih fenomena—od klimatskih promjena do genomike—postavlja pitanja o privatnosti podataka, pristanku i potencijalnoj zloupotrebi prediktivne analitike. Na primjer, umjetna inteligencija potpomognuta exascale-om mogla bi se koristiti za nadzor ili utjecanje na javno mnijenje na velikoj skali. Institucije poput Europske unije aktivno razvijaju regulatorne okvire kako bi osigurale odgovornu upotrebu računarstva visokih performansi, naglašavajući transparentnost, odgovornost i zaštitu individualnih prava.

Društvene implikacije exascale računarstva su duboke. S jedne strane, ovi sustavi obećavaju proboje u medicini, energetskoj učinkovitosti i predikciji katastrofa, potencijalno poboljšavajući kvalitetu života širom svijeta. S druge strane, riskiraju pogoršanje digitalnih razlika, budući da samo nekolicina nacija i organizacija posjeduje resurse za izgradnju i upravljanje exascale infrastrukturom. Ova koncentracija računalne moći mogla bi učvrstiti postojeće nejednakosti u znanstvenom istraživanju i ekonomskom razvoju. Međunarodne suradnje, poput onih koje potiče EuroHPC Joint Undertaking, imaju za cilj demokratizaciju pristupa exascale resursima i promicanje zajedničkih koristi.

Gledajući unaprijed, odgovorno upravljanje exascale računarstvom zahtijevat će kontinuirani dijalog među vladama, industrijom, akademskom zajednicom i civilnim društvom. Uspostavljanje globalnih normi za sigurnost, etiku i pravedan pristup bit će ključno za iskorištavanje punog potencijala exascale sustava dok se istovremeno štite društvene vrijednosti u 2025. i godinama koje dolaze.

Buduće Gledište: Iza Exaskala—Zettaskala I Put Naprijed

Dok prva exascale superračunala dolaze online, globalna zajednica računarstva visokih performansi (HPC) već usmjerava svoje poglede na sljedeću granicu: zettascale računarstvo. Exascale sustavi, sposobni izvesti barem jedan exaflop (10¹⁸ operacija s pomičnom točkom u sekundi), predstavljaju transformativnu prekretnicu, ali ambicija da se postigne zettascale—10²¹ flops—signalizira novu eru računalnih mogućnosti. Razdoblje od 2025. godine nadalje očekuje se da će biti obilježeno i zrelošću exascale platformi i temeljnim istraživanjem potrebnim za zettascale proboje.

U 2025. godini, exascale sustavi poput američkih “Frontier” i “Aurora” su operativni, s “El Capitanom” koji se očekuje da će im se pridružiti, svi pod upravom Ministarstva energetike SAD-a. Ove mašine ne samo da potiču znanstvena otkrića u područjima poput modeliranja klime, znanosti o materijalima i umjetne inteligencije, već također otkrivaju tehničke i energetske izazove koje treba prevladati kako bi se postigao zettascale. Na primjer, “Frontier” troši više od 20 megavata snage, ističući hitnu potrebu za energetski učinkovitijim arhitekturama i rješenjima hlađenja.

Put do zettascale-a oblikuju veliki međunarodni igrači. Europska Inicijativa Za Računarstvo Visokih Performansi (EuroHPC JU) koordinira napore širom Europe za razvoj infrastrukture HPC sljedeće generacije, s mapom puta koja uključuje zettascale ambicije. Slično tome, Kina i Japan značajno ulažu u domaće tehnologije procesora i arhitekture sustava, s ciljem održavanja vodstva u globalnoj utrci superračunala.

Ključni tehnički izazovi za zettascale uključuju ne samo energetsku učinkovitost već i prijenos podataka, propusnost memorije i pouzdanost sustava na neviđenim razmjerima. Istraživanje novih materijala, 3D stakiranja čipova, fotoničkih interkonekcija i naprednog hlađenja je u tijeku u vodećim laboratorijima i industrijskim partnerima. Organizacije poput Oak Ridge National Laboratory i Intel Corporation aktivno istražuju ove putove, s zajedničkim projektima koji ciljaju na inovacije u hardveru i softveru.

Gledajući unaprijed, većina stručnjaka se slaže da zettascale računarstvo vjerojatno neće biti ostvareno prije ranih 2030-ih, s obzirom na veličinu izazova. Međutim, era exascale (2025–2030) će poslužiti kao kritična testna platforma za tehnologije i programske modele koji će podržati zettascale sustave. Konvergencija HPC-a i umjetne inteligencije, kao i rastuća važnost istraživanja kvantnog računarstva, također će oblikovati putanju superračunanja izvan exascale-a.

• Exascale sustavi u 2025. godini su temelj za R&D zettascale-a.
• Energijska učinkovitost i pouzdanost sustava su primarne prepreke.
• Međunarodna suradnja i konkurencija ubrzavaju inovacije.
• Zettascale je dugoročni cilj, s ranim prekretnicama očekivanim nakon 2030. godine.

Izvori I Reference

• RIKEN
• Oak Ridge National Laboratory
• EuroHPC Joint Undertaking
• NVIDIA
• Oak Ridge National Laboratory
• Los Alamos National Laboratory
• TOP500
• National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
• Lawrence Livermore National Laboratory
• Fujitsu
• Europska Unija