Для чего нужен суперкомпьютер для исследователей?

Для чего нужен суперкомпьютер для исследователей?

В настоящее время многие области науки, от математики до филологии, не могут обойтись без компьютеров. Трудно найти исследовательский центр в мире, где научные статьи были бы написаны без помощи персонального компьютера, где результаты измерений анализируются традиционными методами — на бумаге.

Во многих областях науки, особенно точных и естественных, компьютеры стали основным инструментом работы. Они автоматически собирают данные измерений, анализируют их, допускают многократную обработку результатов, визуализацию явлений и т. Д.

Есть области исследований, для которых компьютер стал основным рабочим инструментом

Области, которые почти полностью исчезли бы, если бы из-за какой-то катастрофы исчезли все компьютеры. Информационные технологии или квантовая химия существуют и интенсивно развиваются главным образом из-за возрастающей доступности компьютеров. Можно сказать, что вычислительные машины во многом оправдывают свое существование.

Наука изучает реальность во всех ее аспектах, и ее развитие на протяжении веков истории привело к познанию большинства (как кажется сегодня) самых простых отношений и явлений. Исследователям необходимо бороться со все более сложными физическими системами, химическими молекулами, явлениями и зависимостями, наборами данных и информации и т. Д.

Растущая сложность элементов реальности, которые они изучают, создает все большую потребность в сборе, генерации и обработке данных. Следовательно, естественная среда в ученых интенсивно использует компьютеры, максимально возможный доступ к самой большой вычислительной мощности.

С другой стороны, прогресс в области компьютерного строительства невероятно быстр

На наших глазах происходят количественные и качественные скачки с точки зрения доступной вычислительной мощности, объема памяти и — что не менее важно для пользователей — доступности самих машин. В настоящее время почти каждый ученый может позволить себе купить машину, которая удовлетворяет большинство его потребностей в обработке данных (а не только написание текстов). Благодаря этому научные проблемы, которые до недавнего времени считались слишком сложными, чтобы их стоило пытаться решить, становятся сегодня обычным явлением во многих лабораториях. Самые мощные компьютеры в мире работают на науку.

Когда дело доходит до компьютеров, особенно в связи с необходимостью для них денег, часто можно услышать вопрос: зачем? Зачем ученым вдруг нужны машины стоимостью в миллионы долларов, а несколько лет назад им понадобились калькуляторы, бумага и карандаш или лабораторное оборудование? Является ли спрос на вычислительную мощность не только из-за рвения ученых?

Ответ прост: компьютеры, все более и более мощные, нуждаются в современной науке, а также в карандашах и бумаге. Они являются незаменимым рабочим инструментом, они представляют собой инструмент исследования с очень универсальными приложениями. Они позволяют анализировать новые, непроверенные аспекты реальности. Они позволяют «смотреть» в областях, которые ранее не были затронуты взглядом исследователя.

Достаточно представить, как молекулы лекарственного средства сопоставляются с молекулами, на которые он должен воздействовать — невозможное в природе становится относительно простым с помощью компьютера, моделирующего обе молекулы и обрабатывающего изображение, так что вы можете почти соединить молекулы, наблюдая за эффектами их взаимодействия.

Использование дорогого компьютера также может сэкономить много денег на тестировании реальных систем

Правильно точная и детальная модель системы, подвергаемой соответствующей числовой обработке, кажется, имеет значение с явлениями, происходящими в ней, иногда более подробно, чем можно было увидеть в природе. Например, можно упомянуть об автомобильных авариях. Проведение такого теста на реальном автомобиле — очень дорогая операция. Стоимость каждого последующего испытания одинакова. Между тем, моделирование поведения всех элементов тестируемой системы с использованием подходящей компьютерной программы требует лишь немного терпения в ожидании результата.

Можно провести исследование различных вариантов поведения автомобиля, сталкивающегося с препятствием, с небольшими затратами ресурсов, потому что даже долгосрочные и сложные компьютерные вычисления намного дешевле, чем автомобильные копии. Только после определения наиболее важных элементов столкновения автомобиля с препятствием на основе смоделированной модели выполните только один тест на реальной системе.

Объем данных, которые необходимо обработать в случае моделирования реальных физических или химических систем, часто огромен. Поэтому для выполнения расчетов требуется доступ к большим вычислительным ресурсам. Они предлагают суперкомпьютеры. Этот термин не имеет строгого определения, поэтому вы часто говорите о мощных компьютерах. Хотя емкость доступной оперативной или массовой памяти можно увеличить, подключив даже персональные компьютеры класса ПК в так называемую «Кластеры», использующие соответствующее программное обеспечение и кабели, чем больше скорость расчета, часто связаны с разработкой самого оборудования.

Для чего нужен суперкомпьютер для исследователей?

Когда научные расчеты сводятся только к получению результата, не имеет значения, когда он будет достигнут — через час, два дня или три месяца достаточно слабых компьютеров. Однако, когда обработка данных в реальном времени важна, фактор времени становится жгучим. Например, в метеорологии — цель состоит в том, чтобы предсказать развитие погоды быстрее, чем она фактически изменяется. Сложность моделей развития атмосферы означает, что только достаточно мощные и быстрые вычислительные машины способны обеспечить прогнозируемые результаты до того, как произойдут изменения в реальности.

Суперкомпьютер, дающий возможность имитировать поведение очень сложных, а следовательно, и очень точных моделей реальных систем, создает возможность «заглядывать» в реальность на уровне и недоступном прямом наблюдении. Таким образом, он позволяет не только прогнозировать поведение систем в целом, но и проверять допущения теории относительно поведения системы в макромасштабе, когда известно ее поведение в микромасштабе.

Только очень богатые учреждения могут позволить себе купить суперкомпьютер

Поэтому неудивительно, что задумывалось об экономической эффективности, создавая суперкомпьютерные центры, доступ к которым может получить большее число пользователей. Эту идею посвятили создатели суперкомпьютерных центров в США несколько лет назад и Научно-исследовательский комитет в России несколько лет назад.

Концентрация вычислительной мощности позволяет, с одной стороны, предоставить широкие вычислительные возможности широкому кругу исследователей, у которых нет шансов купить надежные компьютеры за счет собственных ресурсов, с другой стороны, благодаря более широкому кругу пользователей этой мощности, это значительно повышает эффективность использования суперкомпьютеров и, следовательно, деньги, потраченные на них.

То же самое относится и к необходимым расходам на программное обеспечение, когда покупка лицензии широкого диапазона в конечном итоге зачастую оказывается дешевле, чем покупка соответствующего количества лицензий ближнего действия. Существует также целый ряд программного обеспечения, для которого требуются компьютеры с более высокой мощностью, чем у ПК.

Суперкомпьютер обеспечивает достаточную вычислительную мощность, благодаря которой его пользователи получают доступ к программным инструментам, которые они никогда не могли себе позволить. Особенно это касается больших баз данных, программ для интенсивной обработки числовых данных, современных программ визуализации и т. Д.

Суперкомпьютерные центры, в дополнение к услугам в области сбора и обработки огромных объемов данных, также становятся центрами, объединяющими исследовательское сообщество. Пользователи ресурсов таких центров устанавливают контакты, обмениваются информацией и опытом.

Обычно такие контакты, начиная с использования такого инструмента, как суперкомпьютер, развиваются путем создания новых возможностей для исследований, особенно междисциплинарных. Использование услуг центра, даже в течение длительного времени, намного дешевле, чем покупка сильной машины. Это даже доступно для исследователей со скромным бюджетом.

В то же время, осознание необходимости производить даже незначительные расчеты способствует рационализации научных исследований. Среди ученых иногда можно наблюдать тенденцию к интенсивному использованию компьютеров при отсутствии эффекта от этой работы вне «расчетных» часов. (Иллюзия того, что работа компьютера сама по себе имеет ценность научной работы, не редкость, по крайней мере среди знакомых мне коллег — точных ученых.)

Оставить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *