Supertietokone

Sääennustuksiin niitä ainakin on käytelty.

Supertietokoneita tarvitaan esim. simulointeihin ja erillaisten mallien laskemiseen.

Mitä tarkempi ja monipuolisempi malli on, yleensä sitä enempi sen laskeminen vaatii laskentatehoa.

Laskettavaa kyllä saadaan helposti keksittyä enempi mihin nykyiset koneet kykenee.

Simuloinneissa voidaan esim. laittaa sinne ohjelmaan oletetut fysiikan lait. Sitten tehdään mallit, siitä mitä halutaan simuloida, ja laitetaan kone laskemaan mitä tapahtuu. Se voi tapahtua. esim niin, että aikaa porrastetaan eteenpäin erittäin pienin askelin, ja lasketaan yhtälöt uudestaan joka kierros kaikille mallin kohdille.

Siinä hyvin äkkiä kasvaa se laskettavan määrä todella suureksi . . .

Supertietoa voi käsitellä myös monen tavallisen tietokoneen avulla.

Joskus opiskelijakämpässä asustellessa sähköä sai käyttää surutta. Minäkin pidin konetta 24/7 auki. Asensin koneelle jonkun ohjelman, joka käytti prosessorin "luppoaikaa" supertiedon käsittelyyn. En nyt muista mikä se ohjelma oli, ja että mitä sillä edes tavoiteltiin, mutta silloin se laskentaan osallistuminen tuntui ilmeisesti järkevältä idealta.

Jo noin 10 vuotta sitten, v. 2008 arvioitiin pelkästään googlen serverien yhteistehoksi noin 5 x 10^16 FLOPS, joten sitä tehoa tarvitaan sinunkin käyttämiisi palveluihin. Vuoden 2016 supertietokone 2016 Sunway TaihuLight:n laskentakyky on samaa luokkaa. Periaatteessa on kahdenlaista käyttöä, suurten tietomäärien käsittely "big Data" ja sitten suurta laskentatehoa vaativat algoritmit - näytä on vaikka kuinka paljon. Sääennustuksen teko on pääasiassa laskentaa., vaikka sen syötemäärä on kohtuullisen suuri.

No sääennusteet tulikin tässä pariin otteseen, mutta myös kaikenlaiset muut sääilmiöt, ilmastonmuutoksen ennusteet, ja aika hyvin avaruudestakin on saatu uutta tietoa. En ole varma, käyttääkö mikään valtio Bitcoinin louhintaan supertietokonettansa, tosin Kiinalla on markkinajohtajuusosuus louhintapooleista tällä hetkellä. Kukaan ei ole vielä ottanut ylivaltaa mistään poolista, joka tarkottaisi koko Bitcoinin arvon menetystä ja ihmisten usko siihen kärsisi.

Mutta onhan noilla supertietokoneilla paljonkin käyttöä. Jos miettii isoja nettiyhtiöitä, tai vaikka Googlea, joka tavoittaa käytännössä tällä hetkellä kaikki Internetiä käyttävät ihmiset, ja nettisivuja indeksoidaan koko ajan lisää Googlen tietokantoihin, koska netti paisuaa koko ajan uutta dataa putkeen, niin täytyy olla aika tehokkaat koneet takana, että pystyy tarjoamaan hakutulokset noinkin suotuisassa ajassa, mitä Google tarjoilee ja vielä miten tarkasti vaikka tekisi kirjoitusvirheitä.

Atomipommin tarkkaan mallinnukseen ei riitä edes biljoonan supertietokoneen teho. Triljoonia eri tavoin liikkuvia ja eri paikoissa olevia hiukkasia, eri asteisia törmäyksiä, satunnaisia hajoamisia, siroamisia jne. Kaikki vaikuttaa kaikkeen. Tuota kun lähtee purkamaan paljon alle femtosekunnin välein, niin tehoa tarvitaan rajattomasti.

Sama juttu oikeasti isojen lukujen jakaminen alkutekijöihin. Ei koskaan läheskään riittävästi tehoa.

Koneita kehitellään ilmeisesti myös perustutkimushengessä, ilman välitötä hyötytavoitetta. Tietysti eri maiden ja instituutioiden välillä voi olla jonkunlaista kilpailua tehokkaimman koneen kehittämisessä ja hallitsemisessa.

Nyt uusin yritelmä lienee tämmöinen SpiNNaker-härveli:

https://motherboard.vice.com/en_us/article/9k458v/researchers-just-turned-on-the-worlds-most-powerful-computer-designed-to-mimic-a-human-brain

Onkohan tämä konekäännös aiheesta:


https://fin.sciences-world.com/new-brain-inspired-computer-takes-us-one-step-closer-simulating-brain-neural-networks-real-time-76358

Kaikkea täytyy kehitellä juu. ☺

Nykyisillä tehoilla voidaan kvanttimaailmaa simuloida tarkasti ehkäpä 10 000 partikkelin suuruudella. Ja voi varmaan arvata, että 10 000 atomia ei riitä esimerkiksi DNA-molekyylin mallintamiseen.

Atomien moolimassat ovat usein 1-200 g/mol eli yksi gramma kyseistä ainetta sisältää 0,05-1 moolin tätä ainetta ja koska 1 mooli = 6 022 000 000 000 000 000 000 00 kappaletta.

Eli jos tahdot simuloida esimerkisi 1 gramman verran ainetta on sinulla atomeja tuo Avogadron luvun verran atomeja ja jokaisessa atomissa on sitten 50 protonia, 100 neutronia ja 50 elektronia eli simuloitavien kappaleiden määrä kasvaa entisestään. Lisäksi pitää huomioida että kyseessä ovat aallot eivätkä Newtonin mekaniikkaa noudattavat hiukkaset.

Laskua piisaa.

Ilmeisesti biologiassa proteiinien laskostuminen on yksi erittäin haastava aihe, sekä matemaattisen mallinnuksen että laskennan kannalta. Aina näköjään proteiineja sivuavaan tutkimukseen ja malleihin ei tarvita superkompuuttereita:

http://www.aka.fi/fi/akatemia/media/Tiedotteet1/Paauutiset/Elama-20-kohta-mahdollinen-/


"Käyttökelpoisten koteloitten eli kapsidien atomitarkan rakenteen mallintaminen oli yksi askel viruksen rakentamisen tiellä. Toinen haaste oli selvittää, millaisissa olosuhteissa tarvittavat proteiinit ja virusgenomi itsejärjestäytyisivät toimivaksi virukseksi. ...

Bamford esittelee viruskuoren avaruudellista rakennetta hakemalla viereisestä huoneesta virusta havainnollistavan mallin. Tämä on pahvista askarreltu, eräänlainen kulmikas timantti, jonka läpi kulkee puukeppi. Yhdestä tahosta näkyy törröttävän hammastikku."