Kui füüsika kohtub kõrgjõudlusega andmetöötlusega

Igal aastal saavad suure jõudlusega andmetöötluse suurimad nimed kokku SC konverents. Selle aasta väljaanne, SC22, nägi ligi 12 000 superarvutite eksperti ja entusiasti reisimas USA-sse Texase osariiki Dallasesse, et kuulata loenguid, teha kolleegidega koostööd ja kohtuda vanade sõpradega.

Üks selle aasta "Sulgelinnud” istungid – nii nimetatud sellepärast, et need pakuvad ekspertidele ruumi arutada teemasid, mis põhinevad pigem isiklikel huvidel kui distsipliinipiiridel – keskendudes füüsikateadlik masinõpe ja suure jõudlusega andmetöötlus (HPC). Kuigi ülitäpsed füüsikasimulatsioonid on keeruliste süsteemide uurimisel üliolulised, on need arvutusvõimsuse seisukohast kulukad. Sellele on lahendusi, näiteks alternatiivsed projektsioonipõhised meetodid, kuid nende täpsus on piiratud. Arutelu käigus tõid superarvutite ja masinõppe kogukonnad oma teadmisi, nende süsteemide kasutajad aga rääkisid enda väljakutsetest.

Maa jaoks "digitaalne kaksik".

Teine füüsikute konverentsi tipphetk oli a plenaaristung by Niels Wedi Euroopa Keskmise Ilmaennustuste Keskuse (ECMWF) kohta Sihtkoht Maa (DestinE) projekt. See Euroopa Komisjoni koostööalgatus toob kokku Euroopa Kosmoseagentuuri teadlased, EUMETSAT ja ECMWF eesmärgiga luua Maa "digitaalne kaksik" – see tähendab füüsikal põhinev mudel, mis toimib meie planeedi interaktiivse arvutisimulatsioonina. Projekti esimene etapp peaks lõppema 2024. aasta juunis ja Wedi selgitas oma kõnes, et sellel on mitu eesmärki:

• Ühise ja standardiseeritud lähenemisviisi (DestinE digitaalne kaksikmootor) loomine Maa-süsteemi simulatsioonide arendamiseks ja nende ühendamiseks vaatlustega
• Teenuste väljatöötamine, mis aitavad hinnata ja ennustada keskkonna äärmusi, kasutades "ilmast tingitud ja geofüüsikalisi äärmusi" digitaalse kaksiku abil
• Kliimamuutustega kohanemise poliitika ja leevendusstsenaariumide testimise toetamiseks teenuste loomine digitaalse kaksikprogrammi kaudu

Wedi märkis ka, et suurem osa maailma arvutusressurssidest asub praegu Euroopas, USA-s ja Hiinas. Tema sõnul nõuab kogu meie planeedi tõhusa digitaalse kaksiku loomine selle võime laiendamist, et inimesed üle kogu maailma saaksid kaasa lüüa.

Äärearvutus kohtub ruumi servaga

Viimane füüsika tipphetk tuli Mark Fernandez, juhtivuurija Hewlett-Packardi Enterprise Spaceborne arvutiprogramm. Fernandez aitas kaasa nii Spaceborne'i superarvuti esimese kui ka teise iteratsiooni viimisel Rahvusvahelisse Kosmosejaama (ISS) ning osales SC22 paneeldiskussioonis teemal "Computing at the Edge: arutelu hiljutiste USA kosmosemissioonide toetamise üle."

Nagu paneeli liikmed selgitasid, võimaldavad servaarvutusseadmed teha keerulisi arvutusi kohapeal – näiteks naftapuurtornil, tehase põrandal või kosmosejaamas. Enne kui sellised seadmed olid saadaval, tuli see arvutustöö sageli saata võrgust väljapoole nendesse osadesse, mis suudavad koormust taluda. See tekitas probleeme, kuna "saate alati arvutada kiiremini kui edastate," ütles Fernandez mulle pärast paneeli antud intervjuus.

Üks viis, kuidas servaarvutus on ISS-is oma potentsiaali juba näidanud, on see astronautide kindaid analüüsides. Iga kord, kui astronaudid pärast kosmoseskõnni ISS-i naasevad, tuleb nende varustust analüüsida, et veenduda, kas see on endiselt ohutu. Praegune viis seda teha on saata kinnastest fotod tagasi Maale ekspertanalüüsiks, mis võtab aega umbes viis päeva. Selle aja jooksul peavad astronaudid ootama, et teada saada, kas nad saavad oma kindaid uuesti kasutada. Seevastu kui HPE Spaceborne'i arvuti oli läbinud ühe (tõesti aeganõudva) perioodi, mil masinõppe abil kindakujutisi "koolitati", õnnestus tal astronautide kindaid analüüsida vaid sekunditega.

Praegu on inimsüsteem astronautide kinnaste kontrollimiseks endiselt paigas. Fernandez loodab siiski, et arvutipõhine alternatiiv võimaldab ühel päeval astronautidel väljas käia ja töötada mitu päeva järjest. Nagu katsetes modelleerida väikeseid osakesi Maa atmosfääris, sobivad ka kosmoseuuringute puhul arvutiteadus ja füüsika kokku nagu – noh, nagu käsi kindas.