असीमित शक्ति: एक्सास्केल कंप्यूटिंग के एक नए युग की अपेक्षा

कई कम्प्यूटेशनल वैज्ञानिक गणितज्ञ के रूप में शुरुआत करते हैं। उनका समुदाय मानता है कि हमारा उद्धार संख्या की सार्वभौमिक भाषा में है।

सामाजिक समस्याएं, विशेष रूप से जिनके लिए भविष्य के व्यवहार या परिणामों की भविष्यवाणी की आवश्यकता होती है, उन्हें लागू गणितीय उपकरणों, विशेष रूप से आंशिक अंतर समीकरण (पीडीई) टूल का उपयोग करके सबसे अच्छा हल किया जाता है। इस तरह की समस्याओं में नए अंतरिक्ष यान को डिजाइन करने से लेकर नई सामग्री विकसित करने से लेकर अब से 500 साल बाद तक जलवायु का निर्धारण करने तक सब कुछ शामिल है।

जॉर्ज बिरोस ऐसे ही एक कम्प्यूटेशनल वैज्ञानिक हैं। वह सिमुलेशन-आधारित इंजीनियरिंग विज्ञान में WA “टेक्स” मॉन्क्रिफ़ चेयर रखता है। ओडेन कम्प्यूटेशनल साइंस लेबोरेटरी ऑस्टिन में टेक्सास विश्वविद्यालय में।

“हमारे समूह का काम भौतिक प्रणालियों पर केंद्रित है,” बिरोस कहते हैं। “आंशिक अंतर समीकरण अधिकांश भौतिक मॉडलों का गणितीय आधार हैं। प्लाज्मा भौतिकी से ट्यूमर के विकास तक, केशिका रक्त प्रवाह से मिश्र धातु जमने तक, पीडीई भविष्य कहनेवाला सिमुलेशन सक्षम करते हैं।”

उनके शोध में स्वास्थ्य सेवा, रक्षा, द्रव गतिकी और योगात्मक निर्माण में अंतःविषय अनुप्रयोग हैं। वह कम्प्यूटेशनल विज्ञान और इंजीनियरिंग में प्रगति पर भी काम करता है, और मौलिक गणितीय उपकरण उच्च-प्रदर्शन कंप्यूटिंग (एचपीसी) को रेखांकित करता है।

नए युग को लेकर उत्साहित हैं बिरोस एक्सास्केल सुपरकंप्यूटिंगएचपीसी समुदाय हाल ही में सीमांत प्रणाली ओक रिज नेशनल लेबोरेटरी 1 बिलियन या 1 एक्सफ्लॉप प्रति सेकंड (108) से अधिक की गणना करने में सक्षम है।

“एक्सास्केल कंप्यूटिंग नाटकीय रूप से वैज्ञानिक खोज और इंजीनियरिंग नवाचार में तेजी लाएगी,” बिरोस ने कहा। “यह उच्च-रिज़ॉल्यूशन सिमुलेशन को सक्षम करता है जो आज मुश्किल हैं। अनिश्चितता मात्रा का ठहराव के लिए सिमुलेशन को इकट्ठा करें। यह एक अभूतपूर्व पैमाने पर स्ट्रीमिंग डेटा, मशीन लर्निंग एल्गोरिदम और भौतिकी-आधारित सिमुलेशन को एकीकृत करता है।”

उदाहरण के लिए, यह वर्तमान में उपयोग में आने वाले दर्जनों के बजाय हजारों नैदानिक ​​MRI छवियों का उपयोग करके बायोफिज़िक्स के कई मापदंडों के कोहोर्ट व्युत्क्रम को सक्षम बनाता है।

बिरोस न केवल अपने क्षेत्र में एक शीर्ष वैज्ञानिक हैं, बल्कि एक उच्च सम्मानित कम्प्यूटेशनल विशेषज्ञ हैं जिन्होंने खोजों को संभव बनाने के लिए सुपर कंप्यूटर का उपयोग करके टीएसीसी में 10 साल बिताए हैं।

“TACC टेक्सास और देश के लिए रणनीतिक रूप से महत्वपूर्ण है,” बिरोस ने कहा। “एचपीसी नवाचार के लिए एक्सपोजर हम सभी को नेतृत्व पैमाने पर गणना की सीमाओं को आगे बढ़ाने के लिए प्रेरित करता है। टीएसीसी एक क्षेत्रीय और राष्ट्रीय प्रौद्योगिकी / निवेश गुणक है।”

जैसा कि होता है, सुपरकंप्यूटर आंशिक अंतर समीकरणों को हल करने में बहुत अच्छे हैं, Biros की विशेषता। कम्प्यूटेशनल मॉडल को वैकल्पिक गणितीय और वैज्ञानिक उपकरणों का उपयोग करके महसूस किया जा सकता है, लेकिन पीडीई का व्यापक रूप से भौतिक, जैविक और रासायनिक प्रणालियों के मॉडलिंग के लिए उपयोग किया जाता है।

इसके अलावा, टीएसीसी जैसी एचपीसी सुविधाओं की बढ़ी हुई शक्ति, प्रदर्शन और भंडारण क्षमता, अधिक परिष्कृत मॉडलिंग तकनीकों के साथ, उन्नत कंप्यूटिंग को अत्यधिक उच्च सटीकता प्रदान करने में सक्षम बनाती है, जिससे लगभग किसी भी वैज्ञानिक अनुशासन की कल्पना करना संभव हो जाता है।

उच्च प्रदर्शन कंप्यूटिंग

Biros केवल TACC के सिस्टम की दुर्जेय शक्ति का उपयोग नहीं करता है। फ्रोंटेरा कब भगदड़ 2 वास्तविक दुनिया की चुनौतियों का समाधान खोजने के लिए जहां संख्याएं उत्तर देती हैं। वह दक्षता में सुधार करने और अगले स्तर तक प्रदर्शन और क्षमता को बढ़ाने के नए तरीके भी खोज रहा है: एक्सास्केल कंप्यूटिंग।

अधिक दक्षता के लिए मौजूदा संरचनाओं को नए सिरे से डिजाइन और रेट्रोफिटिंग करने वाले इंटीरियर आर्किटेक्ट्स के समान, बिरोस और उनकी टीम ने मौजूदा एल्गोरिदम को बड़े पैमाने पर अधिक लागू करने के लिए आवश्यक गणितीय उन्नयन किया। हम उन्हें प्रदान करके मौजूदा एल्गोरिदम को बेहतर बनाने के लिए काम करते हैं।

“जॉर्ज जैसे लोग, जो हमारी मशीनों पर कई तरह की समस्याएं चलाते हैं और एचपीसी के क्षेत्र में कई महत्वपूर्ण पत्र प्रकाशित कर चुके हैं, अधिक से अधिक संसाधनों पर एल्गोरिदम के प्रदर्शन की तुलना करने की कोशिश कर रहे हैं। हम बहुत सारे बेंचमार्किंग करते हैं,” कहा हुआ टीएसीसी में फ्यूचर टेक्नोलॉजीज के निदेशक बिल बार्थ।

जैसे-जैसे हम एक्सस्केल युग में आगे बढ़ते हैं, चुनौतियां बनी रहती हैं।

बिरोस ने कहा, “मेमोरी बैंडविड्थ और गणना के बीच की खाई लगातार चौड़ी होती जा रही है, जिससे कई मौजूदा एल्गोरिदम बेहद महंगे हो गए हैं।” “नई वास्तुकला के लिए बहुत सावधानीपूर्वक ट्यूनिंग और अनुकूलन की आवश्यकता है।”

बिरोस के अनुसार, बड़े पैमाने पर रैपिड प्रोटोटाइप भी बहुत मुश्किल होगा। अनुप्रयोगों को उलटा समस्याओं, इष्टतम नियंत्रण, डेटा आत्मसात, बायेसियन अनुमान, और बड़े डेटासेट के लिए अनिश्चितता के तहत निर्णय, डेटा विश्लेषण और सिमुलेशन सॉफ़्टवेयर के लिए उपन्यास एल्गोरिदम की एक पूरी श्रृंखला की आवश्यकता होती है, एक सख्त एकीकरण की आवश्यकता होती है।

लेकिन गॉर्डन बेल अवार्ड (एचपीसी के क्षेत्र में सबसे प्रतिष्ठित पुरस्कार) के दो बार के विजेता को उपरोक्त चुनौतियों के लिए एक भी शुल्क नहीं दिया गया है।

“हम अब एक्सास्केल बेंचमार्क के लिए लक्ष्य कर रहे हैं और वहां पहुंचेंगे,” बिरोस ने निष्कर्ष निकाला। “यह एक निरंतर खोज है जो कभी पूरी नहीं होगी। अगली बड़ी बात जो भी हो, हम उसी के लिए जा रहे हैं।”

चटनी: टीएसीसी