Новый лидер обошёл американский El Capitan (1,809 экзафлопса) без единого графического ускорителя — за счёт собственных 304-ядерных процессоров LX2 и 13,79 млн ядер.
Экзафлопсный клуб расширился до пяти систем: одна в Китае, три в США и одна в Германии.
Учёные проекта TOP500 сообщили, что LineShine в Национальном центре суперкомпьютеров Китая достиг показателя 2,198 эксафлопса, то есть способен выполнять более двух квинтиллионов вычислений в секунду.
El Capitan в национальной лаборатории Лоуренса Ливермора в Калифорнии, принадлежащей правительству США, теперь занимает второе место, опережая ещё два американских суперкомпьютера в национальных лабораториях в Теннесси и Иллинойсе. Эти пять систем остаются единственными в мире экзафлопсными суперкомпьютерами, чья производительность подтверждена публично.
LineShine отличается от других высокопроизводительных систем тем, что работает полностью на обычных вычислительных чипах (CPU), а не на графических процессорах (GPU), которые обычно используют для задач искусственного интеллекта. По данным TOP500, для работы ему требуется около 42,2 мегаватта электроэнергии.
Тем временем премьер Госсовета КНР Ли Цян в среду заявил, что технологический прогресс Китая следует рассматривать как возможность для мира, а не как угрозу.
Он также подчеркнул, что щедрые государственные субсидии не являются основной причиной стремительного роста высокотехнологичных отраслей Китая, несмотря на обвинения западных стран в том, что господдержка — от сектора ИИ до производства электромобилей — даёт Пекину несправедливое конкурентное преимущество.
Второй человек в китайской иерархии высказался об этом, выступая на пленарном открытии Ежегодной встречи новых чемпионов Всемирного экономического форума, известной как «Летний Давос», которая в этом году проходит в прибрежном городе Далянь на северо-востоке Китая.
Он признал, что в мире растёт обеспокоенность китайскими технологическими инновациями: некоторые уже говорят о «China Shock 2.0», считая бурный рост высокотехнологичного сектора Китая угрозой для многих развитых экономик.
По его словам, это следует воспринимать как «China Opportunity 2.0».
Китайские исследователи подали 14 работ с использованием системы на премию Гордона Белла за выдающиеся достижения в высокопроизводительных вычислениях. Три проекта вышли в финал основной номинации, ещё три претендуют на климатическую награду.
Microsoft представила квантовый процессор нового поколения — Majorana 2. Анонс состоялся на конференции Build в Сан-Франциско, и компания называет новый чип важным шагом к созданию масштабируемого и практического квантового компьютера.
Majorana 2 пришёл на смену первой версии процессора Majorana 1. По словам Microsoft, команда серьёзно изменила стек материалов, чтобы сформировать более стабильную топологическую фазу и повысить надёжность кубитов. В новой версии алюминий, который использовался как сверхпроводник, заменили на свинец, а активная зона полупроводника получила комбинацию арсенида индия и антимонида арсенида индия.
Главный результат — резкий рост стабильности. Microsoft утверждает, что надёжность кубитов выросла в 1000 раз по сравнению с Majorana 1. Среднее время стабильной работы кубита достигло 20 секунд, а в отдельных экспериментах некоторые кубиты сохраняли стабильность до одной минуты.
Такие показатели заставили компанию пересмотреть дорожную карту. Microsoft заявила, что сократила сроки создания практического квантового компьютера вдвое и теперь рассчитывает достичь этой цели к 2029 году.
Важная деталь — при разработке Majorana 2 использовалась новая ИИ-платформа Discovery. Это агентный искусственный интеллект, который помогает моделировать материалы, анализировать данные и ускорять сложные научные исследования. Microsoft делает ставку на связку квантовых вычислений и ИИ, чтобы быстрее создавать новые технологии.
Если заявленные результаты подтвердятся в дальнейшем, Majorana 2 может стать одним из ключевых шагов к отказоустойчивым квантовым компьютерам, способным решать задачи, недоступные даже самым мощным суперкомпьютерам.
В ИТ-индустрии существуют вещи, само существование которых давно стало красивым мифом, о котором принято вспоминать лишь шепотом и закатывая глаза от благоговения.
Настоящий Cray.
Cray
На сегодняшний день, во всем мире осталось наверное не больше пары сотен инженеров, заставших «те времена» и имевших возможность прикоснуться к легенде.
Лишь единицы из них еще могут что-то рассказать.
То что описано в этой статье — редчайшее знание, которое совсем недавно было доступно горстке избранных, с ученой степенью, специальной подготовкой и допусками к такому оборудованию.
Огромное, древнее чудовище из далекого прошлого, из времен мифов и легенд ожило и вернулось к жизни.. руками фанатов.
Дав возможность и простым людям прикоснуться к легенде.
Seymour Cray на фоне собственного суперкомпьютера.
Легенда
Персона Сеймура Крэя навсегда останется в анналах истории компьютеров, поскольку созданные его руками машины неоднократно признавались самыми быстрыми на планете.
Создаваемые полностью вручную (некоторые модели — вплоть до чипов) и имевшие цену в десятки миллионов долларов, суперкомпьютеры Cray поставлялись в исследовательские лаборатории, крупные датацентры и конечно же в разведывательные управления разных стран.
Про последнее стоит рассказать подробнее:
суперкопьютеры Cray всю историю плотно ассоциировались именно с секретными проектами, поскольку действительно часто использовались для взлома секретных кодов, паролей и шифров.
Что характерно, сам Крэй начинал карьеру во флоте (US NAVY) и работал над взломом японских шифров времен второй мировой войны, по всей видимости сохранив с тех лет хорошие отношения с главным разведывательным управлением.
У вас же, дорогой читатель шанс увидеть суперкомпьютер Cray был лишь в кино, где они довольно часто мелькали в качестве реквизита:
Ни о работе с такими машинами, ни тем более о разработке под них простым обывателям не стоило даже мечтать, даже если они родились и выросли в США. Допуски, специальное обучение с сертификацией и чаще всего наличие PhD — вот что обычно требовалось от «пользователей» подобного оборудования.
В Россию суперкомпьютеры Cray предсказуемо завозились с очень большими препонами и исключительно простые модели. В частности в Росгидромете была практика использования таких машин, начавшаяся еще в 90е.
Как бы то ни было, простому обывателю доступ к суперкомпьютерам Cray был заказан.
Я сам, несмотря на двадцать лет практики в разработке ПО, о них лишь слышал краем уха, да видел пару картинок в сети, вроде такой:
Производство суперкомпьютеров Cray-1
Тем удивительней оказывается история, рассказанная ниже.
Так выглядел случайно найденный бекап от суперкомпьютера.
Симулятор
История создания симулятора Cray за авторством Andras Tantos сама по себе достойна голливудской экранизации, поскольку являет собой победу инженерного духа над всеми преградами и трудностями:
So it’s settled. I’m building a Cray-1.
Крайне рекомендую ознакомиться со всей этой историей, поскольку по накалу повествования описываемые события сильно напоминают историю изучения египетского письма или попытки расшифровать немецкие шифры времен второй мировой.
Для примера, чтобы только прочитать данные со случайно обнаруженной ленты, автору пришлось реализовывать специальный драйвер для виртуального контроллера, полагаясь на такие картинки:
Затем пришлось вручную восстанавливать последовательность загрузки:
Разбираться с багами загрузчика и эмуляцией сети — не забываем что речь идет про суперкомпьютер, все основные части которого были связаны между собой по сети.
Andras провел чудовищную по объему и сложности работу, в успех которой к тому же никто особо не верил.
Именно поэтому результат его трудов настолько впечатляет.
Фронтальная панель суперкомпьютера Cray и индикаторы стадий запуска. Сверху кнопка включения.
Оживляем легенду
Симулятор использует внешние приложения для работы: xterm, telnet, tmux
Все это необходимо установить на хосте до первого запуска симулятора.
Дополнительно я использовал cool-retro-term для наведения красоты, чтобы снимки экрана выглядели еще эпичнее.
Важное уточнение:
несмотря на использование сетевого telnet, полноценное взаимодействие с запущенной UNICOS придется настраивать позже и отдельно — запускаемый при старте telnet-клиент на самом деле подключается к портам симулятора, через которые происходит трансляция консольных команд в виртуальную ОС и обратно.
Настоящее сетевое подключение к UNICOS требует специальной настройки на хосте, а поскольку инсталляция происходит по сети — сей шаг является обязательным.
Настройка выглядит следующим образом:
brctl addbr craybr ip tuntap add mode tap tap1 ifconfig tap1 up brctl addif craybr tap1 ifconfig craybr 172.16.0.1 netmask 255.255.255.0
Несмотря на всю внешнюю монструозность, ничего сложного тут нет:
создается новый мост с именем craybr, затем создается виртуальный сетевой интерфейс tap1, которому назначается IP-адрес 172.16.0.1.
Последним шагом этот интерфейс добавляется в мост.
Название интерфейса указывается в конфигурационном файле симулятора, который называется unicos.cfg, выдержка:
.. EthInterfaces {
en0 {
InterfaceNameLinux tap1
InterfaceNameWindows "Cray Ethernet"
SimMacAddr 0x020143524159
Channel 020
IopNumber 0
}
}
..
IP-адрес должен быть именно 172.16.0.1, поскольку внутренний интерфейс в UNICOS указан как 172.16.0.2 и поменять его достаточно проблематично.
Можно зайти и немного дальше, включив роутинг наружу:
В случае Mageia исходящий интерфейс будет называться по-другому, что-то вроде wlp4s0.
На стороне UNICOS в симуляторе необходимо выполнить команду:
route add default 172.16.0.1
Ну и радоваться — ведь вы только что выпустили в сеть суперкомпьютер Cray, пусть и виртуальный:
Все что вы видите в консоли выше - оригинальный софт от Cray, для суперкомпьютеров Cray.
Готовая сборка
Существуют готовые сборки симулятора Cray для 64-битного Linux, c уже установленным UNICOS версий 10.0.0.2 и 10.0.1.2, созданные известным в узких кругах камрадом neozeed.
Проблема в том, что эти сборки на момент написания статьи успели устареть (от 2022 года) и не факт что заработают в вашей системе.
А планов по обновлению у их автора нет.
Запускается симулятор из этих сборок с помощью стартового скрипта:
./unicos
Не забудьте что перед запуском необходимо выполнить скрипт для настройки сети (см выше).
Так выглядит запуск UNICOS 10.0.1.2 в симуляции суперкомпьютера Cray J90:
Я заменил стандартный xterm, используемый симулятором по-умолчанию на cool-retro-term для большей эпичности скриншотов.
Но конечно у настоящего Cray J-90 не было настолько древних мигающих терминалов и все выглядело куда современне:
Если приглядеться, можно заметить на мониторе рабочей станции, характерные квадратные окна 4dwm — оконного менеджера SGI Irix.
Все потому, что в разные исторические периоды для суперкомпьютеров Cray использовались разные терминальные системы — SunOS, Irix и даже Mac:
Чтобы добиться такого же эффекта, измените поле настройки NewTerminalCommand в файле unicos.cfg:
Так выглядит UNICOS в запущенном состоянии:
Согласно описанию автора, в системе есть следующие учетные записи:
The root password is 'password' and I've created a neozeed user with the password of 'password' so you can telnet in
Входим от root:
Если вы все настроили правильно, также заработать сеть между симулятором и хостом, в обе стороны.
Появится возможность войти уже по сети, непосредственно на машину Cray:
Для завершения работы симулятора, введите команду exit в нижней консоли основного приложения и нажмите Enter:
То что нижний блок - тоже терминал, причем допускающий ввод, я догадался не сразу.
В принципе даже этой версии хватит для последующих развратных действий с участием компилятора (см. ниже).
Если у вас успешно заработала готовая сборка и нет настойчивого желания «собрать из исходников» — следущий шаг можно пропускать и переходить сразу к стадии действительно изысканных приключений.
Первые суперкомпьютеры Cray были обшиты натуральной кожей убитых инженеров.
Сборка из исходников
Несмотря на то что сие занятие — точно не для всех и любимый ChatGPT врядли подскажет что-то разумное по этому проекту, сделать все же стоит — для большего погружения.
Симулятор написан на C++, с использованием библиотеки Boost, поэтому компиляция из исходников протекает.. весьма неспешно.
Перед тем как запускать сборку необходимо установить следующие зависимости, версия для Ubuntu:
g++ make libboost-all-dev libncurses-dev libgpm-dev
Для Mageia:
gcc-c++ make lib64boost-devel lib64ncurses-devel lib64gpm-devel
Исходный код находится в каталоге simulator, поэтому сборка проекта также запускается именно оттуда, а не из корня репозитория.
Поскольку в пакетах Mageia нет статической версии библиотеки Boost, а для сборки Boost из исходниокв не хватило размеров статьи свободного места, я использовал динамическую линковку:
make LINK_TYPE=dynamic build
В Ubuntu сборка будет работать и вот так:
make build
Готовые бинарники будут находиться в каталоге simulator/_bin, но управляющие скрипты об этом знают, поэтому в ручную ничего перекладывать не надо.
Завершение установки на одном из сохранившихся Cray Y-MP, консоль - реальный терминал Wyse тех лет.
Установка UNICOS
Теперь самая интересная стадия, которую вы пропустите если остановитесь на готовой сборке:
установка операционной системы UNICOS в симуляторе суперкомпьютера Cray из оригинальных образов CD-дисков.
Когда-то, за процесс ввода суперкомпьютера в эксплуатацию, отвечала целая команда высококлассных и сертифицированных инженеров, которые тщательно оберегали свои секреты.
Но благодаря любопытным фанатам, теперь наконец и вы сможете в этом поучаствовать.
Как уже описывал выше, два случайно обнаруженных диска оказались единственными сохранившимися носителями загрузочного образа UNICOS и без них судьба симулятора сложилась бы совершенно иначе.
Оба диска являются загрузочными, первый содержит UNICOS версии 10.0.0.2 для модели Cray J90, второй — UNICOS 10.0.1.2 для Cray SV1.
Шаги установки полностью совпадают, но устанавливать я буду более свежую версию 10.0.1.2, со второго ISO‑образа. Несмотря на то что разные версии этой ОС предназначены для установки на разные суперкомпьютеры, в условиях симулятора все отлично работает.
Так выглядит модель Cray SV1
Инструкция по установке от автора симулятора, находится тут, но к сожалению она успела немного устареть, поэтому придется использовать описанные в ней шаги с небольшими изменениями.
Напоминаю, что все команды ниже, выполняемые с хоста, как и управляющие скрипты симулятора подразумевают использование bash.
Со стороны UNICOS используется ksh, но для стадии установки это не особо важно.
Для упрощения вводимых команд, зададим две переменные окружения:
В корневом каталоге симулятора появятся несколько новых файлов, нужный нам называется unicos.generic — то самое ядро.
На этой стадии можно наконец запустить симулятор, но пока с использованием образа RAMFS, который мы только что скопировали с установочного диска:
./unicos_ramfs
Запустится симулятор и появится терминал с подключением к UNICOS, запущенной в single user mode:
Кто бы мог подумать, что смогу запустить в Single User Mode ОС для суперкомпьютеров Cray!
Теперь настраиваем сеть на стороне UNICOS, поскольку следующим шагом необходимо копировать системные файлы с примонтированного ISO-образа.
Напомню что подключение через telnet происходит на самом деле к самому симулятору, не к эмулируемой ОС внутри.
Вводим в консоли UNICOS:
ifconfig en0 172.16.0.2
После выполнения команды должна отрабатывать команда ping до хоста:
Дальше начинается еще один интересный этап, полный боли и страданий, поскольку придется встретиться с одной очень древней технологией передачи файлов между компьютерами — rcp.
UNICOS, который мы с вами запускаем это система из далекого 1997 года и ничего другого для передачи файлов в ее загрузочном образе просто нет.
Когда-то предполагалось, что весь процесс установки и запуска в эксплуатацию суперкомпьютера — строго секретный, поэтому с «usability» не заморачивались.
Есть еще один важный нюанс:
единственная доступная в образе утилита для передачи файлов на расстояние это клиент.
Для того чтобы подключиться с его помощью и скачать файл, надо поднимать сервер, сервер древнего rcp и на современном линуксе.
Ввиду своей древности, rcp в любом виде (как клиент и как демон) давно отсутствует по-умолчанию в любых линуксах и BSD, а его установка и запуск в современном окружении требует «особой уличной магии».
Для Ubuntu вам будет необходимо установить пакеты:
rsh-client rsh-server
Для Mageia:
rsh rsh-server
В последней запуск rsh-сервера происходит через демон xinetd, который по-умолчанию отключен и попытка запуска будет выдавать ошибку:
xinetd.service is not active, cannot reload.
Поэтому сначала запускается xinetd, затем rsh:
service xinetd start service rsh start
Следующим шагом необходимо разрешить использование демона rsh по сети (входящие подключения), для Ubuntu необходимо добавить строку в файл /etc/hosts.equiv:
172.16.0.2 +
Для Mageia используется файл ~/.rhosts.
Это позволит подключиться к хосту и скопировать стартовый скрипт инсталляции в запущенную UNICOS.
Но прежде чем копировать, скрипт необходимо немного изменить.
Открываем файл install (находится в корневом каталоге симулятора) любимым редактором vi и заполняем значения переменных:
LOCAL_LOGIN = имя пользователя на хосте
ISO_MNT = /полный/путь/к каталогу с образом UNICOS
Также добавляем новую переменную SIM_LOC, которой устанавливаем значение в виде полного пути к каталогу с симулятором.
Заранее предупреждаю, что в скрипте инсталляции есть небольшая ошибка, связанная с определением версии устанавливаемой системы. На процесс инсталляции она не влияет, но бесит и раздражает, поскольку появляется в самом начале.
Чтобы ее избежать, необходимо задать еще одну переменную:
UNICOS_EXE=UNICOS_exe
В результате всех описанных выше правок должно получиться такое:
Финальный скрипт установки операционной системы Cray, мама будет вами гордиться ;)
Cохраняем изменения, затем на стороне UNICOS вводим команды, заменив предварительно имя пользователя и путь к симулятору:
cd / rcp alex@172.16.0.1:/opt/work/cray/cray_sim/install .
В результате выполнения команды файл install будет скопирован с хоста и появится в корне файловой системы UNICOS:
Появится сообщение с перечислением введенных параметров:
Нажимаем любую клавишу и запустится увлекательный процесс установки операционной системы для суперкомпьютера Cray:
Несмотря на эпичность, это всего лишь копирование файлов по сети.
Процесс достаточно длительный и занимает несколько часов, вне зависимости от мощи вашего оборудования, так что вполне успеете принести кровавую жертву темным богам выпить чаю в хорошей компании.
В самом конце установки, будет предложено установить пароль для суперпользователя, а также будет запущен диалог создания учетной записи обычного пользователя.
После чего установка наконец будет завершена:
Да, вы только что установили ОС на суперкомпьютер Cray, пусть и виртуальный.
Во время установки UNICOS происходит один очень важный шаг, о котором стоит рассказать — линковка ядра.
Эта практика происходит из времен первых UNIX, когда архитектур было много а стандартов мало. Совместимость оборудования хромала, поэтому такая линковка использовалась в качестве своеобразного финального теста системы.
Из современных операционных систем, эту практику сохранила например OpenBSD, хотя и по другой причине.
Останавливаем симулятор командой exit и убеждаемся, что основное ядро UNICOS успешно слинковано — должен появиться файл unicos.ymp.10012:
После этого, проверяем файл unicos.cfg, в котором должно появиться указание на новое ядро:
Если все хорошо и ссылка на свежее ядро на месте, запускаем полноценную симуляцию:
./unicos
Так выглядит полностью запущенный симулятор суперкомпьютера Cray J90 с только что установленной UNICOS:
Если на стороне UNICOS прописать маршрут по-умолчанию, такой же командой как и в готовой сборке:
route add default 172.16.0.2
..получим выход в интернет.
Прямо с суперкомпьютера Cray, вы правильно поняли:
Мам, я вывел суперкомпьютер Cray в интернет!
Вы же не думали, будто на этом я успокоюсь, открою шампанское, вызову девок и уйду в загул? Конечно же нет и впереди ждет еще много интересного и удивительного.
Графический интерфейс, на суперкомпьютере
В найденных образах UNICOS, один из которых мы только что использовали для установки, была обнаружена работающая клиентская библиотека для протокола X11.
Самого X-сервера внутри разумеется нет, поскольку далекие предки использовали специальные управляющие терминалы с SGI Irix:
Зато есть возможность пробросить отображение приложения с поддержкой протокола X11, чтобы оно отрисовывалось на запущенном современном Xorg-сервере хоста.
Что автор немедленно и проделал:
Часики, которые тикают прямо на суперкомпьютере Cray.
Два приложения на скриншоте выше xterm и xlock — запущены из работающей UNICOS и отображаются в Xorg-сервере на Mageia Linux.
Чтобы это повторить, необходимо принести кровавую жерт.. ээ выполнить три простых шага, описанные ниже.
Запуск Xorg-сервера с поддержкой сети
По-умолчанию и очень давно, даже в самых олдскульных дистрибьютивах вроде Slackware, X-сервер запускается с параметром -nolisten, запрещающим удаленное подключение по сети.
Чтобы в этом убедиться, достаточно выполнить команду на хосте, которая покажет запущенный X-сервер со всеми параметрами:
ps -ax |grep X
Запускается X-сервер из специального приложения «display manager» (dm), который ответчает за красивое графическое окно авторизации, поэтому параметры запуска X-сервера указываются в настройках этого менеджера.
Поскольку в моей системе используется LightDM, для того чтобы X-сервер начал прослушивать сетевой порт, я добавил следующую настройку в раздел [Seat:*] в файл /etc/lightdm/lightdm.conf.d/49-mageia.conf:
После чего сервис lightdm необходимо перезапустить:
service lightdm restart
Естественно вас в этот момент выбросит из системы, так что будьте готовы и остановите заранее симулятор, если он был запущен.
Разрешение удаленного доступа без авторизации
Следующим шагом необходимо отключить авторизацию при подключении к X-серверу по сети.
Для этого авторизуйтесь с помощью DM и запустите графическое окружение — как вы обычно это делаете, затем введите в консоли:
xhost +
Выглядит это так:
После выполнения этой команды будет доступно удаленное подключение к вашему X-cерверу с любого хоста.
Что конечно считалось опасным еще лет двадцать назад, но в нынешние продвинутые времена (с Wayland вместо Xorg), когда о самой возможности такого удаленного подключения уже мало кто помнит — не стоит заморачиваться:
все, кто теоретически смог бы таким образом подключиться к вашей машине давно умерли или наслаждаются маразмом.
Кроме автора, разумеется.
Указание адреса удаленного X-сервера
Наконец последним шагом необходимо указать адрес удаленного X-сервера на стороне UNICOS. Делается это командой (не забываем о ksh по-умолчанию):
setenv DISPLAY 172.16.0.1:0.0
Набор софта с графическим интерфейсом находится в каталоге /usr/bin/X11, так для примера выглядит запуск xterm:
"This is a private computer facility" - самое возбуждающее приглашение на свете.
Если вы выполнили все шаги правильно, появится графическое окно, с запущенным приложением, работающим в среде суперкомпьютера:
И.. нет, это еще не конец.
Особенные радости, для особенных
Вместе с симулятором поставляется интересный архив goodies.tar, собранный оригинальным автором симулятора, который можно найти в каталоге unicos_tools.
Архив содержит несколько известных утилит, собранных для UNICOS, без которых жизнь юниксоида сера и уныла — bash и midnight commander.
Узрите смертные, ибо так выглядит ваш любимый mc , запущенный на суперкомпьютере Cray:
Страшно? А мы предупреждали.
Копируется сей замечательный архив с помощью уже известного по процессу установки rcp:
В мае 2026 года китайский Национальный центр суперкомпьютинга (NSCC) в Шэньчжэне опубликовал данные, способные перекроить представление о вычислительной инфраструктуре для искусственного интеллекта. Суперкомпьютер LineShine показал 1,54 экзафлопс (BF16) при обучении ИИ-моделей — и он не использует ни одного GPU.
Полностью CPU-only архитектура на базе процессоров LX2 с архитектурой Armv9, предположительно разработанных Huawei, — это прямой ответ на американские санкции, запрещающие поставку передовых графических процессоров в Китай.
Подавляющее большинство ведущих суперкомпьютеров мира и AI-кластеров строится по гибридной схеме: CPU для оркестрации, GPU — для параллельных вычислений. Nvidia A100, H100 и их аналоги стали индустриальным стандартом. Но санкции 2019–2023 годов отрезали Китай от передовых чипов. Ответ оказался радикальным: вместо поиска GPU — масштабирование CPU до экзафлопсового уровня.
LineShine не замена GPU-кластерам. Это доказательство концепции: при достаточном масштабе (2,4 млн ядер), продвинутой архитектуре (Armv9 + SVE + SME) и глубокой оптимизации стека процессоры могут стать жизнеспособной альтернативой для определённого класса AI-задач.
Китай не смог получить доступ к Nvidia и создал собственную экосистему. Вопрос не в том, лучше или хуже LineShine по сравнению с El Capitan. Вопрос в том, что теперь у Китая есть независимый путь к экpафлопсовым ИИ-вычислениям — и этот путь будет только расширяться.
Сравнение sustained-производительности ведущих суперкомпьютеров мира. Lingshen — заявленная цель >2 EFLOPS
Премьер-министр Индии Нарендра Моди, 21 июля 2014 года во время посещения Центра атомных исследований имени Bhabha (BARC) в Мумбаи. источник
В наши дни, если разговор заходит про индийское IT, в голове всплывает более-менее стандартный набор. Туториалы с тем самым акцентом в видеохостинге, бесконечные джуны в аутсорсе, анекдоты про техподдержку. Картинка, построенная на беззлобных стереотипах, яркая и не очень объемная. За ней теряется, что индийская технологическая индустрия не появилась в один день усилиями какого-то особенно эффективного министерства. За ней стоит история с конкретными людьми и их трудом, причем и людей, и труда много. Часть этой истории пришлась на конец восьмидесятых, когда Индия под американскими экспортными ограничениями начала собирать собственные суперкомпьютеры.
Индийский институт науки в Бангалоре заказал у Cray (американская компания-производитель суперкомпьютеров) суперкомпьютер Y-MP за полмиллиарда рупий. Контракт подписан, поставка на 1989 год. Лицензию на экспорт Cray так и не получил, заказ пришлось отменить, а через три года после этого в Пуне собрали PARAM 8000, первую индийскую параллельную машину производительностью в гигафлопс.
Cray Y-MP суперкомпьютер в NASA/GSFC (NCCS branch) источник
Разберем, как это получилось. Кто принимал решения, кто делал машину, что было вокруг нее в стране, и почему за три года от старта до результата собрали не только железо, но и среду, в которой оно могло существовать.
Об источниках
Главный источник этой статьи – работа В. Раджарамана «History of Computing in India (1955–2010)», написанная для комитета по истории вычислений IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers, международная ассоциация инженеров электротехники и электроники). С 1982 по 1994 год Раджараман возглавлял Центр суперкомпьютерного образования и исследований при Индийском институте науки в Бангалоре (SERC) и был председателем комиссии, которая в 1986 году предложила создать Центр развития передовых вычислений (C-DAC). Свидетельство участника, но участника с одной стороны процесса. Раджараман был заказчиком и членом научного совета, а не разработчиком. Имен инженеров, которые делали PARAM, у него почти нет. Архитектурных деталей тоже.
Картину достраивали по нескольким дополнительным источникам. Биографию Виджая Пандуранга Бхаткара, возглавлявшего C-DAC, взяли по странице Университета Бароды и статье в английской Википедии (источник, конечно, спорный, но проверяемый по сноскам). Технические характеристики серии PARAM идут из обзорной статьи А. Бхаттачарджи 2022 года. Сюжет про разговор Бхаткара с Радживом Ганди и международную демонстрацию прототипа известен только по очерку Санчари Пал в индийское онлайн-издание The Better India за 2017 год. Это единственный текст, где такие детали вообще встречаются.
Профессор Виджай П. Бхаткар. Основатель и исполнительный директор Центра развития передовых вычислительных технологий (C-DAC), создатель первого индийского суперкомпьютера.
Что произошло с заказом Cray
После первого индийского ядерного испытания, проведенного Индией в 1974 году, США ввели эмбарго на поставки передовой электроники и компьютеров в эту страну. В 1978 году из страны ушла американская компьютерная корпорация IBM. Доступ к тому, что на Западе считалось нормальной инфраструктурой для науки, был сильно ограничен. Суперкомпьютеры требовались для прогноза погоды, климатических моделей, научных расчетов в физике и химии, а купить их было негде. На Западе эти расчеты видели иначе. Мощные машины нужны не только для прогноза погоды, но и для моделирования ядерного оружия и спутниковых программ. Индия в 1974 году провела ядерное испытание и к блокам не примкнула, так что опасения были политические. Холодная война была в разгаре, и технологические ограничения были ее частью.
В этом контексте Индийский институт науки в Бангалоре получил от Министерства развития человеческих ресурсов 500 миллионов рупий на создание суперкомпьютерного центра. По курсу тех лет это около 41 миллиона долларов, деньги для индийской науки серьезные. Институт к этому моменту уже имел компьютерный центр (Computer Centre), основанный в 1970 году и позже, в 1990-м, переименованный в SERC. Возглавлял его Раджараман, приглашенный из Индийского технологического института в Канпуре (IIT Kanpur) в начале восьмидесятых как один из ведущих специалистов страны по вычислениям. Вместе с ним работал Н. Балакришнан, специалист по аэрокосмическим вычислениям и высокопроизводительным вычислениям, будущий преемник Раджарамана на посту председателя SERC.
Сегодня именно Балакришнан возглавляет действующую Национальную суперкомпьютерную миссию Индии (NSM), так что линия SERC тянется до государственных программ сегодняшнего дня. Именно Раджараман и Балакришнан вошли в национальный комитет, который должен был выбрать машину для нового центра. Комитет съездил в две американские компании и одну японскую, оценил варианты и остановился на Cray Y-MP как основной машине. Это был лучший векторный суперкомпьютер своего времени. К нему планировались фронтенд-компьютеры и высокопроизводительные рабочие станции.
Контракт с Cray подписали, дату установки назначили на 1989 год. Делегация Госдепартамента США приезжала в институт, оговаривала условия использования будущей машины. Всё согласовали, и казалось, что дело техники. Сам Cray был уверен, что экспортную лицензию получит без проблем, раз уж переговоры прошли гладко.
Дальше началось непонятное. К дате, прописанной в контракте, лицензию так и не выдали. Заказ пришлось отменить. В тексте Раджарамана этот эпизод описан сухо, двумя фразами. За три десятилетия острота стерлась. В 1989 году для института это был серьезный удар. Вся архитектура будущего центра была выстроена вокруг одной большой векторной машины, и ее внезапно не стало. Сегодня коллеги Раджарамана по SERC в ретроспективе говорят об этом прямее, чем он сам. Отказ Cray был одним из последних эпизодов холодной войны, проигравшегося на конкретном институте в Бангалоре.
Пришлось перестраиваться на ходу. Вместо одной большой векторной машины собрали гетерогенный парк из того, что могли купить. Основой стал мейнфрейм Cyber 992 с векторизатором, на тот момент самый быстрый мейнфрейм производства CDC (американский производитель мейнфреймов и суперкомпьютеров, существовала в 1957-1992 годах). К нему добавили два суперскалярных компьютера, CDC 4360 и VAX 8810 от DEC (американский производитель компьютеров, существовала в 1957-1998 годах, поглощена Compaq и затем HP).
Отдельно институт пошел по пути кластерных вычислений. Купили девять рабочих станций IBM RS6000/580 без дисплеев, по 256 мегабайт оперативной памяти в каждой, объединенных двойным оптоволоконным кольцом. Для удаленного доступа в сеть добавили еще 48 рабочих станций IBM RS6000/340. Плюс 24 рабочие станции Silicon Graphics (американский производитель графических рабочих станций, существовала до 2009 года) для визуализации, моделирования и симуляции.
В 1992 году к этому хозяйству добавился PARAM 8600, параллельный компьютер индийского производства с 64 скалярными и 16 векторными процессорами. История PARAM и будет дальнейшим сюжетом.
Как появился C-DAC
История с Cray стала не единичным случаем, а очередным звеном в длинной цепи. Попытки закупить суперкомпьютеры в США и Японии раз за разом натыкались на экспортные ограничения. Стране нужен был другой путь, свой собственный. В 1986 году Научный консультативный комитет при премьер-министре под руководством химика Ч. Н. Р. Рао (Chintamani Nagesa Ramachandra Rao) собрал рабочую комиссию. Председателем назначили Раджарамана, того самого, чей центр в Бангалоре через пару лет останется без Cray Y-MP. Формулировка задачи была осторожной и серьезной одновременно, было необходимо предложить методы проектирования и производства высокопроизводительных компьютеров своими силами.
Тут стоит остановиться на одном совпадении, которое плохо видно в хронологии. Ч. Н. Р. Рао в это же время был директором Индийского института науки в Бангалоре, того самого, где работал Раджараман и где строили SERC. Получается, что человек, собирающий комиссию при премьер-министре для поиска национального ответа на санкции, одновременно руководит институтом, который лично от этих санкций пострадал. Не выдуманный сюжет, а рабочая конфигурация индийской науки того времени.
Комиссия сформулировала миссию-проект, звучит по-советски, но по делу. Построить параллельные компьютеры производительностью в гигафлопс и выше. В марте 1988 года Министерство электроники учредило Центр развития передовых вычислений, Centre for Development of Advanced Computing, или C-DAC. Локацию выбрали Пуне, а не Бангалор, хотя именно в Бангалоре находилась самая острая потребность. Стартовый бюджет составил 300 миллионов рупий.
Инженер-электрик из Нагпурского университета, с магистратурой в Бароде и защищенной в Индийском технологическом институте в Дели (IIT Delhi) диссертацией, Бхаткар к своему сорок первому году уже имел значительный опыт работы с государственными технологическими проектами и репутацию человека, умеющего доводить сложные технические проекты до рабочего состояния. Этим он и отличался от чистого ученого. В академии умели писать статьи, в Министерстве умели осваивать бюджеты, а людей, способных на то и другое одновременно, было немного.
Мандат, полученный Бхаткаром в 1988 году, выглядел если не невыполнимым, то очень сложным. Построить суперкомпьютер производительностью в гигафлопс в стране, где собственная компьютерная индустрия находилась в зачаточном состоянии, в сроки не больше трех лет и дешевле отмененного Cray. Каждого из этих условий по отдельности достаточно, чтобы нормальный человек отказался подписывать. Бхаткар подписал и в итоге возглавил C-DAC на протяжении многих лет, под его руководством были созданы PARAM 8000, 8600, 9000 и 10000.
Проект был завершен в июле 1991 года. C-DAC спроектировал и собрал PARAM 8000 с заявленной производительностью в 1 гигафлопс. Архитектурно это был классический параллельный компьютер с распределенной памятью, MIMD (архитектура параллельных вычислений, множественный поток команд с множественным потоком данных), где каждый процессор имеет собственную память и узлы обмениваются сообщениями. В каждом узле стоял транспьютер INMOS T800 или T805, британский специализированный микропроцессор для параллельных систем. Базовая конфигурация PARAM 8000 насчитывала 64 узла. Машина была спроектирована так, чтобы вычислительные узлы можно было подключать по мере роста задачи, и общее число узлов масштабировалось.
Масштаб того, что получилось, стоит оценить по простой хронологии: 1986 — собирается комиссия; март 1988 — создается C-DAC; июль 1991 — работает PARAM 8000. Три года от формального старта до готовой машины производительностью в гигафлопс. Для государственного исследовательского проекта в стране, у которой собственная компьютерная индустрия только-только складывалась, это быстро. Для той же задачи в более оснащенной стране сроки были бы похожими.
Параллельно шло целое движение
Самое интересное, что C-DAC был не одиночной инициативой. Между 1985 и 1992 годами в Индии происходила вспышка активности по проектированию параллельных машин. Несколько институтов независимо друг от друга строили собственные параллельные компьютеры, одни для чистых исследований, другие для прикладных задач.
Одна из таких машин, FLOSOLVER, решала задачи газодинамики и была разработана в Национальной аэронавтической лаборатории в Бангалоре (National Aerospace Laboratories, NAL). Другая, PACE, строилась в индийской Организации оборонных исследований и разработок (Defence Research and Development Organisation, DRDO) в Хайдарабаде. Третью, ANUPAM (в переводе с санскрита «несравненный»), делал Атомный исследовательский центр имени Бхабхи (Bhabha Atomic Research Centre, BARC) в Мумбаи для задач ядерных расчётов. В Индийском институте науки в Бангалоре (Indian Institute of Science, IISc) шёл проект «Интеллектуальные компьютерные системы» (Knowledge Based Computer Systems, KBCS), в рамках которого строили недорогие параллельные компьютеры на материнских платах от персональных компьютеров. Около десяти аспирантов института защитили диссертации по разным аспектам параллельных вычислений.
Все эти проекты породили большой пул инженеров, которые умели проектировать и программировать параллельные системы. PARAM не возник в вакууме. К моменту запуска C-DAC в стране уже была среда, готовая воспринять и выполнить задачу. Если бы центр создавали в стране, где параллельными вычислениями занимались полтора человека, история, вероятно, сложилась бы иначе.
Универсальной закономерности из этого не вывести, одного кейса для этого мало. В конкретном индийском случае связь видна отчетливо. Внешний отказ в доступе к технологии совпал по времени с уже растущей внутренней школой, и школа смогла подхватить заказ. Поодиночке ни то, ни другое не сработало бы.
Что получилось у SERC после отмены Cray
Вернемся в Бангалор. К 1992 году SERC стал крупнейшим вычислительным центром в Индии. В машинном зале стояло множество разнородных систем, работала огромная библиотека пакетного программного обеспечения, кампус был связан оптоволокном, и ученые института получили доступ к вычислительным ресурсам мирового уровня, пусть и собранным с миру по нитке.
Раджараман и Балакришнан, уже после того как дым рассеялся, стали называть отказ Cray благословением, замаскированным под неудачу (blessing in disguise). Логика была простая. Деньги, выделенные на приобретение Cray Y-MP, никуда не делись и были потрачены на то, что продавалось без ограничений. Вместо одной большой векторной машины получился гетерогенный парк, в который вошли мейнфрейм с векторизатором, кластер рабочих станций с быстрой оптической сетью, графические станции для визуализации, а позже и отечественный PARAM 8600.
С архитектурной точки зрения это оказался правильный поворот. Начало девяностых было моментом, когда классические векторные суперкомпьютеры уже начинали уступать место массово-параллельным системам и кластерам. Индустрия шла в эту сторону довольно уверенно, и к середине десятилетия векторные монстры вроде линейки Cray остались нишевыми решениями. SERC, не получив Cray, по сути перешел на более перспективную модель раньше, чем сделал бы это своими руками. Называть ли это удачей или вынужденной перестройкой, которой задним числом дали красивое имя, вопрос скорее стилистический. Сами участники событий твердо стоят на первой версии, и оспаривать это со стороны неловко.
К 2010 году в SERC уже работал IBM Blue Gene (семейство суперкомпьютеров IBM), три высокопроизводительных кластера, обновленная кампусная сеть. В этом же году американское правительство окончательно смягчило экспортные ограничения на суперкомпьютеры для Индии. За двадцать лет история прошла полный круг. Страна, которой в 1989 году не продали одну машину, в 2010-м могла купить любую. К этому моменту ей, впрочем, уже не особо нужно было покупать, т. к. уже могли создать свой продукт.
Что было дальше с C-DAC
Серия PARAM на 1991 году не закончилась. C-DAC продолжал строить более мощные машины. В 1992-м появился PARAM 8600, в 1994-м — PARAM 9000 с архитектурой Clos network (многокаскадная коммутационная сеть, позволяющая масштабировать число связей между узлами) и масштабируемостью до двухсот процессоров. PARAM 10000 в 1998-м уже был кластером SMP-узлов (Symmetric Multiprocessing, симметричная многопроцессорная архитектура) на базе серверов Sun Enterprise с процессорами UltraSPARC II (разработка американской компании Sun Microsystems) и умел выдавать до 100 гигафлопс.
В 2003-м вышел PARAM PADMA, машина с 248 процессорами, пиковой производительностью 992 гигафлопс и собственной коммуникационной сетью. PADMA попал в Top 500 самых быстрых компьютеров мира на 171-е место. Это не топ-десятка, но попадание в международный рейтинг, и для проекта, начатого в 1988-м как ответ на санкции, через пятнадцать лет выход на мировую сцену — это сильный результат.
Дальше серия продолжилась машинами PARAM YUVA (2008, место 69 в Top 500), YUVA II (2013), SHAVAK (2015, суперкомпьютер в настольном форм-факторе для обучения), ISHAN (2016, установлен в IIT Guwahati), BRAHMA (2018), SIDDHI-AI (2019–21, с пиковой производительностью 5.267 петафлопса) и SHIVAY (установлен в Indian Institute of Technology (BHU) Varanasi). . От гигафлопса до петафлопса, за тридцать лет, собственной разработкой.
1/2
PARAM Shivay — это первый суперкомпьютер собственной сборки в Индии, разработанный в рамках Национальной суперкомпьютерной миссии (NSM).
Параллельно с суперкомпьютерами C-DAC занимался тем, для чего, собственно, и создавался – развитием вычислений в широком смысле. Одна из таких работ выглядит особенно характерно для индийского контекста. В C-DAC разработали интегральную микросхему GIST (Graphics and Intelligence based Script Technology, технология обработки письменностей на основе графических и алгоритмических средств). Чип монтировался на плату расширения для персонального компьютера и позволял работать с большинством индийских письменностей на обычных ПК.
Вместе с этим также был разработан общий вариант клавиатурной раскладки для разных индийских алфавитов и стандарт ISCII (Indian Script Code for Information Interchange, индийский код письменностей для обмена информацией) для единого кодирования всех основных письменностей страны. Страна с двадцатью двумя официальными языками и десятком письменностей получила возможность работать с текстом на родных языках на массовом оборудовании. К суперкомпьютерам это имеет отдаленное отношение, но хорошо показывает, что C-DAC никогда не задумывался как узкая программа по закрытию одной санкционной дыры. Это был центр развития вычислений в широком понимании задачи, и суперкомпьютеры оказались одним из его направлений, важным, но не единственным.
Что не получилось
PARAM 8000 был собран за три года, но не из индийских деталей. В каждом узле стоял транспьютер INMOS, британская разработка. Сам Раджараман в своём обзоре пишет об этом прямо. Индийские инженеры умели проектировать микросхемы для иностранных заказчиков, но производить их в Индии было негде. Литейного производства страна тогда не завела. Это он называет единственным серьёзным провалом индийской технологической политики того периода.
В истории PARAM это проявляется просто. Проект отвечал за архитектуру, сборку и программное обеспечение. За производство чипов не отвечал никто. Первое получилось. Второе так и не получилось. Сорок лет спустя Индия всё ещё решает задачу собственных полупроводников.
Это не уменьшает достижения C-DAC. Это показывает его масштаб. Условия совпали для одной успешной машины. Для создания собственной полупроводниковой индустрии условия не совпали ни тогда, ни позже, и эту задачу Индии пришлось тащить отдельно ещё тридцать лет.
Выводы из истории
К моменту, когда в 1989 году отказался Cray, у SERC уже пять лет как был выделенный бюджет на создание центра. Три года до C-DAC в стране работала программа развития параллельных вычислений с участием пяти ведущих институтов. В году, когда создали C-DAC, премьер-министром был Раджив Ганди, научным советом при нем руководил К. Н. Р. Рао, и тот же Рао руководил IISc. Министерство электроники возглавляли ученые. Всё совпало.
PARAM получился потому, что к 1988 году в индийской системе одновременно оказались деньги, подготовленные люди, политическая воля и руководитель, готовый нести ответственность за результат. В государственных проектах это редкость, потому что ответственность размазывается по комиссиям, подкомиссиям и межведомственным согласованиям, и в итоге не отвечает никто.
Раджараман в конце своего обзора формулирует это одной фразой: «Отказ Запада в передовых технологиях Индии не повредил, скорее подтолкнул к самостоятельности».
Атомная энергия, космос, оборонные исследования получили санкционные отказы и справились силами своих специалистов. Единственным серьезным провалом было то, что Индия не вложилась вовремя в собственное производство микросхем. Санкции не сработали там, где страна была готова, но сработали там, где не была.
Автор: Иван Богданов, Технический писатель источник статьи : Хабр
Группа исследователей впервые смоделировала полный жизненный цикл живой бактериальной клетки с наномасштабным разрешением, отследив поведение каждого гена, белка и химической реакции от репликации ДНК до клеточного деления. Результаты исследования, опубликованные в журнале Cell, открывают возможность заменить сотни реальных лабораторных экспериментов одной комплексной 4D-симуляцией.
Смоделированная клетка на ранних стадиях деления
Смоделированная клетка на ранних стадиях деления. В левой половине показана цитоплазма, механизмы деградации мРНК и переносчики сахара. В правой половине добавлены мембрана и рибосомы. Авторы: Zane Thornburg. Источник: Cell.
На иллюстрации представлена трехмерная компьютерная модель бактериальной клетки в разрезе. Клетка имеет вытянутую форму, готовясь к делению. Левая часть демонстрирует плотное скопление синих кубических структур (цитоплазма) с вкраплениями розовых и коричневых элементов у внешней границы. Правая часть показывает полупрозрачную зеленую оболочку (мембрану), под которой скрывается густая сеть красных нитей (ДНК) с множеством мелких желтых сфер (рибосомы). Авторы: Zane Thornburg. Источник: Cell.
Шесть дней ради 105 минут жизни
Ученые представили первую полномасштабную 4D-модель (три пространственных измерения плюс время) минимальной бактериальной клетки. Модель с наномасштабным разрешением учитывает пространственное положение и химические реакции каждого гена, белка и метаболита на протяжении всего клеточного цикла.
Объектом оцифровки стала синтетическая бактерия JCVI-syn3A. Этот организм обладает искусственно сокращенным геномом содержащим всего 493 гена на одной кольцевой хромосоме, минимум, необходимый для роста и поддержания жизни, что делает его идеальным кандидатом для компьютерного моделирования.
Несмотря на генетическую простоту бактерии, вычислительные затраты на симуляцию оказались колоссальными. Для обработки одного жизненного цикла, который в реальности занимает около 105 минут, потребовалось шесть дней непрерывных расчетов на суперкомпьютере Delta. Масштабный проект, потребовавший интеграции огромных массивов экспериментальных данных от протеомики до криоэлектронной томографии, разрабатывался исследователями из Университета Иллинойса, Гарварда и Института Дж. Крейга Вентера в течение нескольких лет.
Синтетический полигон: что скрывается внутри бактерии Syn3A
Бактерия JCVI-syn3A, ставшая прототипом для цифрового двойника, не встречается в природе. Это искусственно созданный в лабораториях Института Дж. Крейга Вентера организм, генетически урезанная версия бактерии Mycoplasma mycoides. Предыдущая версия этого синтетического микроба, известная как Syn3.0, имела еще меньше генов, но из-за этого потеряла способность делиться на ровные, правильные сферы. Чтобы вернуть клетке стабильную морфологию при делении, ученым пришлось вернуть часть генетического кода.
В итоге геном версии Syn3A содержит всего 493 гена, расположенных на одной кольцевой хромосоме (для сравнения, у кишечной палочки их более четырех тысяч). Как и у других бактерий, у нее нет ядра. Каждый компонент этой системы либо является частью внешней мембраны, либо транспортируется снаружи, либо собирается прямо в цитоплазме.
Создавая 4D-анимации на основе полученной модели, исследователи столкнулись с неожиданной проблемой: внутренняя среда Syn3A оказалась настолько плотно набита молекулярными игроками, что разглядеть хоть что-то было невозможно. Чтобы визуализировать, как единственная хромосома протискивается сквозь тесную цитоплазму клетки, ученым пришлось сделать часть белков прозрачными. Именно эта невероятная пространственная теснота и делает обычные математические расчеты неточными: в живой клетке молекулам нужно буквально проталкиваться друг к другу, чтобы вступить в химическую реакцию.
Франкенштейн из алгоритмов: как оживить синтетическую бактерию
Чтобы реалистично сымитировать эту тесноту, команде пришлось гибридизировать сразу несколько независимых вычислительных подходов в один программный комплекс. Метаболизм, где молекулы малы, а их концентрации высоки, описывается классическими обыкновенными дифференциальными уравнениями. Процессы транскрипции генов моделируются через химическое основное уравнение, учитывающее случайность реакций. За физическое перемещение молекул в пространстве отвечает реакционно-диффузное основное уравнение, которое разбивает объем клетки на кубическую сетку с шагом в 10 нанометров.
Самым сложным элементом стала динамика главной молекулы — хромосомы. Ее физическое поведение моделировалось методом броуновской динамики в симуляторе LAMMPS.
В процессе разработки аспирант Эндрю Мэйтин обнаружил критическое «бутылочное горлышко»: расчет репликации и движения запутанной нити ДНК замедлял всю симуляцию настолько, что время расчета жизненного цикла удваивалось и практически останавливалось.
Чтобы физика макромолекул не тормозила химию метаболизма, вычисления разделили на аппаратном уровне. Один графический процессор был выделен исключительно под тяжелую симуляцию динамики ДНК, в то время как второй GPU обрабатывал все остальные клеточные процессы, обмениваясь данными с первым каждые четыре секунды биологического времени. Суммарно на симуляцию 50 уникальных жизненных циклов ушло около 15 000 GPU-часов работы ускорителей NVIDIA A100.
Искусственная сила и пределы современной биологии
Точность симуляции превзошла ожидания авторов. При многократных запусках с незначительно меняющимися стартовыми условиями виртуальная клетка удваивала свой размер и делилась в среднем за время, отличающееся от реальных 105 минут не более чем на две минуты. Время репликации самой хромосомы составило около 51 минуты.
Модель точно предсказала динамику копирования генома — соотношение между стартовыми и конечными участками репликации хромосомы совпало с реальным. В симуляции этот показатель составил 1.28, что плотно коррелирует с результатами физического секвенирования ДНК живых клеток 1.21. Это подтверждает, что виртуальная бактерия копирует свой генетический материал с той же скоростью и частотой, что и настоящая.
Однако наиболее интересными результатами стали расхождения и физические ограничения симуляции. Постдок Зейн Торнбург отметил, что заставить мембрану и растущую ДНК корректно взаимодействовать при одновременном движении было крайне тяжело. Когда клетка начинала делиться на две дочерние, физического моделирования работы белков-конденсинов и топоизомераз оказалось недостаточно, чтобы распутать две новые хромосомы. Модель не могла самостоятельно развести их по разным половинам клетки за адекватное время машинных расчетов.
Чтобы деление завершилось, ученым пришлось внедрить в код «физический костыль» — искусственную силу отталкивания величиной примерно 12 пиконьютонов, которая принудительно растаскивала дочерние хромосомы. Это наглядно демонстрирует, что наука до сих пор не до конца понимает биомеханические механизмы сегрегации хромосом у организмов, лишенных стандартных белковых систем распределения ДНК.
Кроме того, симуляция выявила легкий дефицит в производстве крупных белков. Анализ показал причину: в текущей модели каждая матричная РНК может считываться только одной рибосомой за раз. В живой природе на длинных мРНК формируются полисомы — цепочки из нескольких рибосом, одновременно синтезирующих белок. Интеграция диффузии массивных полисом в виртуальную клетку пока оказалась слишком вычислительно дорогой задачей.
Хаос как норма: почему каждая клетка уникальна
Запустив модель 50 раз, биологи получили 50 совершенно разных жизненных историй. Благодаря тому, что модель учитывает пространственную диффузию, распределение макромолекул (например, рибосом или белков) по двум новым дочерним клеткам при делении оказалось абсолютно случайным, подчиняясь биномиальному распределению. Ни одна дочерняя клетка не получала идеальную половину ресурсов.
Еще более удивительным оказалось поведение генов. Поскольку запуск транскрипции зависит от того, столкнется ли РНК-полимераза с нужным участком ДНК в пространстве, процесс носит случайный, «взрывной» характер. Анализ показал, что 81 ген (из 493 существующих) вообще ни разу не был считан полимеразой на протяжении одного-трех виртуальных клеточных циклов. Иными словами, клетка может прожить всю жизнь, ни разу не обратившись к части своей ДНК. При этом виртуальный организм выживал за счет белков, унаследованных от предыдущего поколения.
Тестирование гипотез без пробирок
Возможность наблюдать за живой системой в таком разрешении меняет подход к клеточной биологии. По словам Зан Латей-Шультен, цельноклеточная модель прогнозирует множество параметров одновременно. Исследователь может локально изменить параметры нуклеотидного метаболизма и мгновенно увидеть, как это повлияет на скорость репликации ДНК на другом конце клетки и сборку рибосом в центре цитоплазмы.
Сейчас в науке набирает популярность использование искусственного интеллекта для прогнозирования состояния клеток. ИИ способен генерировать моментальные «снимки» клеточных процессов на основе огромных массивов данных. Команда из Иллинойса предлагает фундаментально иной путь — их 4D-модель не угадывает следующее состояние, а математически рассчитывает его, опираясь на строгие законы биофизики. В перспективе это позволит превратить суперкомпьютеры в универсальные виртуальные чашки Петри, где можно тестировать генетические мутации и лекарственные препараты без проведения сотен долгих лабораторных экспериментов.
💡 В России создают самую мощную в мире гибридную вычислительную систему. Новый электронно-фотонный компьютер сможет обрабатывать данные со скоростью света и в тысячи раз превзойдёт современные суперкомпьютеры, открывая путь к научным и технологическим прорывам. Узнать больше о мегапроектах России можно на сайте Будущеестраны.рф
По мере того как миссии NASA выходят за пределы Луны и направляются к Марсу и далее, растёт и потребность в вычислительной мощности — для моделирования, анализа данных и обучения искусственного интеллекта. В ответ на этот вызов агентство официально представило «Афину» — новый флагманский суперкомпьютер, который становится самым быстрым и энергоэффективным в истории NASA.
Размещённый в Модульном суперкомпьютерном центре Исследовательского центра имени Эймса в Кремниевой долине, «Афина» — ключевой элемент программы High-End Computing Capability (HECC). С пиковой производительностью свыше 20 петафлопс она превосходит все предыдущие системы NASA более чем в два раза.
Сердце «Афины» — 1024 вычислительных узла на базе многоядерных процессоров AMD EPYC, объединённых в единую архитектуру с 786 терабайтами оперативной памяти. Это позволяет обрабатывать массивы данных, недоступные даже самым мощным суперкомпьютерам прошлого поколения.
«Афина» — не просто ускоритель расчётов. Это универсальная платформа для решения критически важных задач:
Моделирование ракетных запусков и аэродинамики новых самолётов и космических аппаратов — сокращая затраты на физические испытания на миллионы долларов.
Обучение масштабных моделей ИИ, способных анализировать петабайты данных с телескопов, спутников и миссий, выявляя скрытые закономерности — от изменений в атмосфере Земли до предсказания солнечных бурь.
Прогнозирование космической погоды, что критично для безопасности астронавтов и спутниковых систем.
Важно: «Афина» не только мощна — она энергоэффективна. Благодаря современной архитектуре и оптимизированному охлаждению, она достигает рекордного соотношения производительности на ватт, что делает её устойчивым решением для долгосрочных миссий.
С «Афиной» NASA переходит на новый уровень: от анализа данных к открытию знаний. Теперь учёные не просто обрабатывают информацию — они находят в ней то, что раньше было невидимо.
