U doba kada globalna utrka u razvoju superračunala koja mogu biti i veličina zgrada doseže eksaskalarnu razinu, što znači da jedan stroj u sekundi može izvesti trilijune operacija, mali ali posvećeni tim znanstvenika iz Centra za informatiku i računarstvo (CIR) na zagrebačkom Institutu Ruđer Bošković postigao je značajan proboj.
U suradnji s partnerima iz Njemačke i Francuske, razvili su softver u sklopu eksperimenta LimitX, koji koristi metode strojnog učenja i neuronskih mreža kako bi kvantne simulacije, iznimno složene i računalno zahtjevne procese, ubrzao s nekoliko dana na samo nekoliko sati, a u nekim slučajevima i minuta. Softver je već prepoznat kao jedna od "uspješnica" europskog projekta Inno4scale, a pred njim je uskoro i testiranje na pravim eksaskalarnim strojevima EuroHPC mreže.
Što je eksaskalarno računalo?
Eksaskalarna računala, kako objašnjavaju s IRB-a, predstavljaju novu generaciju superračunala koja mogu obaviti trilijun (10¹⁸) operacija u sekundi. Za usporedbu, osobna računala s naprednim grafičkim karticama dosežu "tek" bilijun (10¹²) operacija u sekundi. Drugim riječima – kada bi svaka osoba na Zemlji izvodila jednu računsku operaciju u sekundi, trebalo bi gotovo četiri godine da svi zajedno naprave ono što eksaskalarno računalo odradi u jednoj sekundi. Takva snaga ima potencijal transformirati područja poput precizne medicine, klimatskih modela, razvoja materijala i farmaceutskih istraživanja. No jedno je imati hardver, a drugo znati kako ga iskoristiti.
– Dok eksaskalarna računala pristižu, pravo pitanje postaje kako ih pametno koristiti. Bez novih i naprednijih algoritama i softvera, ni najbrži hardver ne može sam otkriti pravi put – ističe dr. sc. Davor Davidović, voditelj CIR-a.
Dosadašnje kvantne simulacije molekula i proteina oslanjale su se na numeričke metode temeljene na kvantnoj mehanici, koje u iteracijama izračunavaju raspodjelu elektrona i ukupnu energiju sustava. Riječ je o procesima koji zahtijevaju izračun ogromnog broja parametara i često traju danima. LimitX donosi novu strategiju.
– Osnovna ideja nove metode je da pokuša 'pogoditi' dobro inicijalno rješenje. Kao primjer možete zamisliti da vas netko ostavi na cesti i kaže vam da što prije nađete put do Rima. Bez ikakvih dodatnih informacija trebat će vam puno vremena metodom pokušaja i pogrešaka da nađete pravi put. Ako ipak imate informaciju da ste na sjeveru i da idete na jug, broj pokušaja će se znatno smanjiti i vi ćete brže stići do svog odredišta – slikovito objašnjava dr. Davidović. Upravo to radi LimitX – "uči" iz prethodnih simulacija, koristi strojno učenje za predviđanje početnih parametara, čime drastično smanjuje broj potrebnih koraka do konačnog rješenja.
Ubrzanje simulacija nije samo akademski izazov. Ako se tehnologija pokaže stabilnom i skalabilnom, mogla bi transformirati način na koji, primjerice, farmaceutske tvrtke istražuju nove lijekove. Umjesto da u tjedan dana ispitaju desetke molekula, mogli bi ih analizirati na stotine tisuća. Inženjeri materijala mogli bi mnogo brže identificirati i dizajnirati nove spojeve s ciljanih svojstvima.
Dio velikog europskog projekta
– Ako se potvrde dosadašnji preliminarni rezultati, predložena računalna metoda uskoro bi mogla ući u standardne pakete alata za kvantne simulacije koje koriste sveučilišta, istraživački instituti i farmaceutske kompanije diljem Europe – ističe pak dr. sc. Jurica Novak iz CIR-a. Uz Davidovića i Novaka, LimitX tim s IRB-a čini još dr. sc. Abhiram Kaushik Badrinarayanan, a njihovi partneri dolaze iz Superračunalnog centra Juelich iz Njemačke te Francuske komisija za alternativne energije i atomsku energiju (CEA). Tim je godinu dana radio na razvoju ovog softvera u sklopu europskog projekta Inno4scale, vrijednog 4,5 milijuna eura. Taj projekt pak vodi Superračunalni centar u Barceloni, a partneri su im švicarski SCAPOS, njemački nacionalni centar za računalstvo visokih performansi u Stuttgartu (HLRS) i PRACE mreža.
U nadolazećim mjesecima LimitX će biti podvrgnut testiranju na stvarnim eksaskalarnim strojevima u sklopu EuroHPC mreže – europske inicijative za superračunalnu infrastrukturu. Testiranje će dati jasniju sliku o potencijalu softvera u stvarnim uvjetima te njegovoj primjenjivosti na složene znanstvene i industrijske probleme.
FOTO Kako bi hrvatske plaže i rive mogle izgledati za 50 godina? Pitali smo ChatGPT, rezultati su fascinantni
Otvori KEKS Pay
