Разница поколений: как работают ПК, суперкомпьютер и квантовый компьютер - Pro-Gadgets

Планшет Xiaomi Pad 5. Обзор, полные характеристики и цена

Прозрачный телевизор xiaomi: обзор, характеристики и стоимость

Странный ноутбук Aurora 7 с семью дисплеями

Xiaomi выпустит кнопочный смартфон с Android 12 и сенсорным экраном

Samsung Galaxy A23 5G и A04s скоро выйдут

Xiaomi Mi Band 7 Pro получит независимый GPS-навигатор. Характеристики и обзор.

Складной ноутбук-экран Asus Zenbook 17 Fold OLED

GravaStar 20W TWS складной стерео беспроводной Bluetooth динамик

Планшет с Windows в необычном дизайне. Dell готовит модель XPS 9315t

Складной смартфон Huawei Mate Xs 2

Представлен игровой ноутбук Acer Predator Helios 300

Разница поколений: как работают ПК, суперкомпьютер и квантовый компьютер

Pro-Gadgets | 20.06.2022 - 19:59:38 | Просмотров: 49

После обычных компьютеров очередной ступенькой для цивилизации стали суперкомпьютеры, а квантовые вычислительные устройства потенциально могут вывести человечество на совершенно новый уровень. Но чем квантовая машина превосходит суперкомпьютер, и для каких задач применимо каждое из поколений техники?

Как появился суперкомпьютер

В 1980-е годы, когда возникли первые игровые 3D-миры вроде Maze War и Battlezone, перед их создателями встал вопрос, как достоверно отобразить трехмерные объекты на плоском экране. Для этого требовалось просчитать траекторию смещения всех точек проекции на экране, то есть решить простое геометрическое уравнение для каждой точки. Сама по себе задача проста, но проблема заключалась в следующем: проводить вычисления для множества точек стандартными процессорами, которые выполняют операции только последовательно, было бы долго и дорого.

Решение нашлось довольно быстро: пришлось объединить усилия маломощных ядер в одном процессоре. Каждое из этих ядер параллельно с другими решало свою небольшую задачу. Так появились графические сопроцессоры GPU, как бы состоящие из тысячи маленьких компьютеров, способных решать ограниченный класс задач.

Именно системы с чрезвычайно высокой вычислительной производительностью, работающие по принципу «делить задачу на множество более простых подзадач и решать их параллельно», называют суперкомпьютерами.

Прародителем суперкомпьютеров считают Cray-1, который был представлен широкой публике в 1975 году. Первую в своем роде машину получила одна из лабораторий министерства энергетики США: новая вычислительная мощность обеспечила учреждению шестимесячную фору перед остальными организациями, пока инженеры готовили вторую систему.

Современные суперкомпьютеры состоят из нескольких тысяч мощных вычислительных серверов, соединенных друг с другом высокоскоростной магистралью для достижения максимальной производительности при распараллеливании сложной вычислительной задачи.

Сейчас в этой нише лидируют японский Fugaku и американский Summit. Первый, к примеру, способен производить 400 квадриллионов операций в секунду — он примерно в три раза быстрее, чем Summit. По общему количеству вычислительных устройств в государстве лидирует Китай, причем с большим отрывом: из топ-500 суперкомпьютеров 187 функционируют именно там, а в Штатах — 122. Однако половина самых мощных машин установлена в США.
Другими словами, технология давно известна и активно применяется, а победитель этой супергонки напрямую зависит от размера инвестиций и последующего масштабирования. Так, несколько лет назад отечественная разработка «Ломоносов-2» входила в двадцатку лучших, а сейчас она на 199 месте в мировом Топ-500. По общей мощности супервычислителей Россия находится на 18 месте в мире.

Разница между суперкомпьютером и обычным ПК

Как и обычные ПК, суперкомпьютеры имеют широкое пользовательское применение: моделирование физических, биологических и любых других процессов: от планирования космических миссий до обкатки новых автомобильных двигателей. По мере необходимости облачный доступ к мощностям приобретают и государственные, и частные компании.
Однако с технической точки зрения между этими «поколениями» огромная разница: суперкомпьютер представляет собой целый дата-центр, потребляющий энергию наравне с небольшим подмосковным городом. Чтобы питать такое сооружение, нужна электростанция, а чтобы охлаждать — практически целая река.

Очевидно, что суперкомпьютеры неэкологичны. Для решения этого вопроса человечество исследует разные возможности: рассматриваются варианты альтернативного охлаждения, разрабатывается сверхпроводниковая база, состоящая из материалов с крайне низким электрическим сопротивлением и создаются перспективные оптические архитектуры для передачи данных.
Определенные достижения в этой сфере уже есть. Так, еще в 2010 году разработчики суперкомпьютеров Grape-DR и Alice — Токийский университет и Университет Лестера — заявили о существенной оптимизации энергопотребления. К примеру, переход на экологичную Alice сократил выбросы углерода на 800 т. А пилотный суперкомпьютер Electra от NASA за два года использования сэкономил 2 млн кВт·ч электроэнергии и более 10 млн л воды. На основе этого проекта в 2019 году NASA вместе с HP запустили в Калифорнии новую версию суперкомпьютера, которую назвали Aitken.

Разница между суперкомпьютером и квантовым компьютером

Даже с переходом на сверхпроводники или новую систему охлаждения производительность суперкомпьютеров может ускориться лишь незначительно. Тогда как с приходом многокубитных квантовых компьютеров можно говорить о настоящей технологической революции.

Обычные компьютеры и суперкомпьютеры хранят информацию в двоичном коде. Наименьшая единица хранения информации в них — бит. Он может принимать только одно из двух значений: 0 или 1. При решении какой-либо задачи ПК проводит много последовательных операций с битами, и в случае со сложными задачами этот процесс занимает много времени.

Квантовые компьютеры для решения любых алгоритмических задач используют квантовые биты — кубиты.

Кубиты могут существовать одновременно в нескольких состояниях, поэтому при проведении вычислений они не перебирают последовательно все возможные комбинации, как обычный компьютер (или даже суперкомпьютер), а производят вычисления одномоментно. В итоге та задача, на выполнение которой у обычного или продвинутого компьютера ушли бы дни, на квантовом устройстве выполняется за минуты. Например, в 2019 году Google заявил, что его квантовый компьютер Sycamore за 200 секунд провел расчеты, на которые у суперкомпьютера теоретически ушло бы 10 тыс. лет, а на верификацию данных — миллионы лет!

Квантовое масштабирование станет экспоненциальным по простой причине. Чтобы обычный ПК или суперкомпьютер мог решить в два раза более сложную задачу, количество процессов в нем необходимо увеличить ровно в два раза. В случае квантовых систем увеличение числа кубитов всего на несколько единиц приводит к тому, что машина начинает справляться с задачами, в десятки и сотни раз более сложными.

Квантовые компьютеры используют в работе принцип суперпозиции. Благодаря суперпозиции кубиты существуют одновременно в, как минимум, двух состояниях: например, восьмикубитная система способна одновременно проводить не 8 операций, а 28, то есть 64. И по нарастающей. То есть в суперпозиции квантовые частицы представляют собой комбинацию всех возможных состояний, пока не произойдет их наблюдение и измерение.

На сегодняшний день квантовые компьютеры и сопутствующие установки остаются громоздкими, однако ведутся работы по их миниатюризации. В сентябре австралийско-немецкая компания Quantum Brilliance поделилась успехами в этом направлении: разработчики построили компактный модуль на синтетических алмазах, структура которых позволяет обходиться без специального охлаждения и потреблять мало энергии. К 2030 году ученые планирует выпустить квантовый чип, который можно будет добавить в носимые гаджеты.

Каждой задаче — свой компьютер

- Классический персональный компьютер — пока что наиболее универсальная вычислительная машина, которая решает 90% всех бытовых задач: от коммуникации до майнинга.

- Суперкомпьютер существенно превосходит по производительности традиционные ПК, и сфер применения у него достаточно много. Все они связаны с моделированием, фактически предсказанием реальности: например, ученые, вместо реального синтеза нового лекарства и долгих клинических испытаний могут просто загрузить данные в систему и посмотреть, как молекулы вещества будут взаимодействовать с белками организма.

- Квантовый компьютер будет иметь несравненные преимущества при решении задач, требующих параллельного перебора большого количества вариантов: предсказать финансовый кризис, собрать инвестиционный портфель, персонализировать медицину. Так, дорожные карты от IBM и Google предсказывают появление мощных квантовых систем уже к 2023–2024 годам. По осторожным оценкам, к 2025 году в ряде практических задач квантовые компьютеры превзойдут классические ПК — особенно в том, что касается оптимизации. Согласно российской Дорожной карте по квантовым вычислениям, к 2025 году в стране появятся первые квантовые компьютеры от 30 до 100 кубитов.

Источник: Pro-Gadgets.com

БОЛЬШЕ ПОПУЛЯРНЫХ НОВОСТЕЙ

Что такое цифровой 3D билборд? Как он работает?

Билборды - один из самых эффективных рекламных каналов. Билборды с цифровыми 3D-изображениями способны быстро привлечь внимание клиентов. Они обеспечивают приятные зрительные ощущения для зрителя.

Pro-Gadgets - 2022-07-30 22:48:12

Что такое VPN и как он работает?

Приложение VPN шифрует ваши данные, когда вы выходите в интернет. Оно отправляет эти защищенные данные вашему интернет-провайдеру, чтобы установить соединение и обеспечить вам доступ в интернет.

Pro-Gadgets - 2022-07-14 23:24:03

Что такое голограмма? Как она работает и где используется.

В реальной жизни голограммы - это виртуальные трехмерные изображения, созданные путем интерференции световых лучей, отражающих реальные физические объекты.

Pro-Gadgets - 2022-07-10 22:39:03

Компьютерные чипы, имитирующие работу мозга

Что если бы компьютер мог научиться перепрограммировать свои схемы на основе получаемой им информации?

Pro-Gadgets - 2022-07-07 18:25:12

Что такое Android? Вот все, что вам нужно знать об Андроиде

"Что такое Android?". Это большой вопрос, и мы ответим на него как можно подробнее!

Pro-Gadgets - 2022-06-20 21:40:08

В сети появилась информация об удивительной разработке специалистов из Esperanto Technologies. Они создали новейший процессор, включающий в себя 1000 ядер RISC-V.

2022-06-27 01:41:45

Основная задача роутера - подключиться к сети интернет и раздавать его. Но иногда бывает такое, что сам роутер не подлежит восстановлению. Тогда приходится ехать в магазин и покупать новый. Купили роутер, а что дальше? Рассмотрим пример настройки при помощи роутера TP LINK TL-WR841N.

2022-06-27 01:41:45

Что такое цифровой 3D билборд? Как он работает?

Что такое VPN и как он работает?

Что такое голограмма? Как она работает и где используется.

Компьютерные чипы, имитирующие работу мозга

Что такое Android? Вот все, что вам нужно знать об Андроиде

Разница поколений: как работают ПК, суперкомпьютер и квантовый компьютер

Лучшие бесплатные VPN для Android-смартфонов: выбор ZOOM

Как работают сенсорные экраны?