Прекрасен нов свет – револуција на суперкомпјутерите во нашето секојдневие

Минатата година заврши со едно од најголемите достигнувања кај компјутерите - првиот „корисен“ квантен чип. „Алфабет“ (Alphabet Inc.) соопшти дека нивниот компјутер базиран на квантниот чип „вилов“ (Willow) го подобрил суперкомпјутерот „Фронтиер“ (Frontier) во изведувањето репер алгоритам, пресметувајќи за неколку минути нешто за што на „Фронтиер“ би му биле потребни 10 квадрилиони (10²5) години. Следната задача на „Гугл“ (Google): да открие како да ја примени целата таа теоретска моќ, за што ќе бидат потребни години, можеби и децении. Дотогаш, земјите брзо развиваат суперкомпјутери, кои растат експоненцијално, стануваат побрзи и обезбедуваат основа за развој на вештачка интелигенција (од англиски: artificial intelligence – AI).

Bloomberg

Нивната корисност стана незаменлива во секојдневниот живот, овозможувајќи развој со брзини што изгледаа неверојатни пред само десет години. Ако мислите дека развојот на вакви компјутери се случува само во најразвиените земји и технолошки центри, се лажете, бидејќи голем број земји во Европа ги развиваат сопствените капацитети со помош на пари од ЕУ. Словенечкиот „Вега“ во Марибор пред неколку години беше меѓу 50-те најбрзи компјутери во светот, додека суперкомпјутери се развиваа и во Хрватска и во Србија, кои кога беа изградени беа меѓу 500-те најмоќни во светот.

Важноста на технолошки напредната инфраструктура беше препознаена и од Европската Унија, која кон крајот на 2024 година претстави план од 1,5 милијарда евра за изградба на седум суперкомпјутери оптимизирани за вештачка интелигенција. Овие инвестиции и случувања не се без причина. Суперкомпјутерите или компјутерите со високи перформанси (од англиски: high performance computing – HPC) се издвојуваат меѓу другите технологии бидејќи можат да обработуваат големи количества податоци и да изведуваат сложени алгоритми со голема брзина.

Освен за развој на вештачка интелигенција, суперкомпјутерите се особено корисни за сложени пресметки, како оние што се користат за долгорочни временски прогнози, откривање лекови за нови болести и нивните интеракции со организмот, проучување на интеракциите на елементарните честички, како и симулирање земјотреси, пожари, турбини на ветер или напредни автомобили.

Во Словенија, Хрватска и во Србија се достапни капацитети за истражувачите, државните институции и компаниите на кои им се потребни побрзи и помоќни капацитети, кои сами не би можеле да ги финансираат. Да погледнеме што сѐ се развива и што нудат овие можности денес.

Словенечки компјутер и Јуриј Бартоломеј Вега

Во Марибор работи најмоќниот суперкомпјутер во Словенија. Всушност, HPC „Вега“ е убедливо најмоќниот суперкомпјутер во Словенија, а неговата моќност од 6,9 петафлопи (6,9 милиони операции во секунда) значително ги надминува сите други компјутерски капацитети во земјата. При лансирањето во 2021 година, „Вега“ беше меѓу 50-те најмоќни суперкомпјутери во светот. Суперкомпјутерот го добил името по најголемиот словенечки математичар Јуриј Бартоломеј Вега (1754–1802).

Пресметувачката моќ на „Вега“ ја користат корисници од индустријата и академијата. На Факултетот за компјутери и информатика при Универзитетот во Марибор, „Вега“ се користи за откривање длабоки фалсификати со помош на методи за откривање аномалија. На пример, компанијата „Горење“ (Gorenje) користи способности на суперкомпјутер за пресметување на протокот на воздух во домашните апарати. Компаниите можат да добијат пристап до суперкомпјутерот „Вега“, лоциран во самиот центар на Марибор во зградата на Институтот за информатички науки (Изум), на комерцијална основа со плаќање или делумно или субвенционирано, вели Дејан Вал, раководител на секторот за суперкомпјутери во Изум.

Вега

Меѓу компаниите што го користат суперкомпјутерот „Вега“ се „Ин силико“ (In Silico) од Хрватска (за пресметки на бранови во крајбрежните области и употреба на бродски турбини), „Хлаб“ (Xlab) и „Агенда“ (Agenda) за јазични модели и вештачка интелигенција и „Алгоритмик“ (Algorithmiq) од Финска за проверка на пресметките на квантните компјутери. „Горење“ ја подобри вентилацијата на рерната благодарение на симулациите на протокот на воздух во рерната и поврзаниот систем за ладење над неа. Времето потребно за проток на воздух во рерната е намалено за половина, што овозможува дополнителни кориснички функции и ги поедноставува дизајнерските решенија, напиша д-р Јуре Менцингер од „Горење“ во презентација за употребата на „Вега“.

Во истражувачкиот проект „Откривање длабоки фалсификати со методи за детекција на аномалии“ (Detecting Deepfakes with Anomaly Detection Methods - DeepFake DAD), научниците планираат да развијат технологии за „автоматизирани и сигурни методи“ за откривање длабоки фалсификати, со што ќе ги спречат ширењето лажни снимки и криминалните дејства што тие ги овозможуваат.

„Постојните детектори денес се засноваат на едноставни карактеристики на сликата што се ефективни само во препознавање неколку познати начини на генерирање слики. Сепак, таквите пристапи често не успеваат да откријат длабоки фалсификати генерирани од непознати или нови методи. Проектот DeepFake DAD ќе се фокусира на развој на нови методи за откривање што можат делумно или целосно да се контролираат, без користење објавени методи за генерирање длабоки фејкови“, се наведува во описот на проектот, кој го води Питер Пир, професор доктор на Факултетот за компјутери и информатика при Универзитетот во Марибор.

Вега

Главниот резултат на истражувачкиот проект ќе бидат нови и робусни методи за откривање длабоки фалсификати, кои ќе им овозможат на платформите и на крајните корисници автоматски да ја потврдуваат автентичноста на видеата и на тој начин да ги спречат несаканите лични, социјални, државни и политички последици што може да ги предизвикаат лажните и фалсификуваните снимки.

Истражувањата во HPC „Вега“ се спроведуваат во стратегиски области за Европа: вештачка интелигенција, напредна анализа на податоци, персонализирана медицина, биоинженеринг, борба против климатските промени, како и развој на лекови и нови материјали.

Според плановите, до 2026 година во Марибор треба да биде изграден нов суперкомпјутер вреден 100 милиони евра. Проектот ќе биде кофинансиран со 50 милиони евра грант пари од Европската Унија, а остатокот ќе го обезбеди државата. Новиот суперкомпјутер ќе биде приспособен да обработува големи количества податоци, пред сѐ сателитски снимки, користејќи вештачка интелигенција. Предвидено е суперкомпјутерот да биде поставен до хидроцентралата Мариборско острово, што ќе овозможи снабдување со електрична енергија и ефикасно ладење на системот. Отпадната топлина создадена за време на работата на суперкомпјутерот ќе се користи за загревање на околните згради во Марибор. 

Во соработка со Франција до најмоќниот компјутер во регионот

Србија веќе користи суперкомпјутери во здравството

Србија до 2025 година треба да добие и два нови суперкомпјутера за Државниот центар за податоци (DDC) во Крагуевац, кој ќе заземе водечка позиција во регионот во оваа област. Иако апликациите на суперкомпјутерите се разновидни, официјалните лица и експертите досега главно се фокусираа на достигнувањата во областа на здравството. Кога првиот суперкомпјутер пристигна во DDC кон крајот на 2021 година, тоа беше најсовремен систем. Државниот врв тогаш најави дека сите податоци од здравствените домови во Србија ќе бидат консолидирани во центар во Крагуевац.

„Сите слики од мамограм, сите рендгенски снимки доаѓаат овде и ги обработуваме - милион за (...) на ден“, рече претседателот Александар Вучиќ на отворањето на првата Национална платформа за вештачка интелигенција, официјалното име на суперкомпјутерот базиран на компоненти на „Енвидија“ (Nvidia). Вредноста на тој суперкомпјутер беше околу два милиона евра, додека вкупно 55 милиони евра беа вложени во изградбата на целиот DDC, каде што сега своите податоци ги чуваат светските технолошки гиганти како ИБМ (IBM), „Гугл“ и „Оракл“ (Oracle).

Софтвер со вештачка интелигенција за мамографија развиен на суперкомпјутер

Суперкомпјутерот бесплатно го користат факултетите, институтите и домашните стартапи во научнотехнолошките паркови. Според Данило Савиќ, директор на „Дата клауд технолоџи“ (Data Cloud Technology), тој се користи за широк спектар активности, вклучувајќи истражување, анализа и експерименти. „Во моментов имаме 38 потпишани договори со универзитети, институти и факултети за бесплатно користење на суперкомпјутерот. Својата најголема примена ја наоѓа во обуката на модели со вештачка интелигенција, каде што дури 35 домашни стартапи ги користат неговите ресурси за да ги развијат своите проекти“.

Суперкомпјутерот е дел од пошироката владина иницијатива за развој на домашен екосистем за вештачка интелигенција. Во овие рамки беше формиран Советот за вештачка интелигенција, усвоена е првата стратегија за развој на вештачка интелигенција во 2019 година (нова стратегија е планирана до 2030 година), а во 2021 година беше формиран Институтот за истражување и развој на вештачка интелигенција. Овој институт беше првиот корисник на суперкомпјутерот во Крагуевац и досега има учествувано во различни проекти, вклучувајќи ги и оние од областа на здравството: пресметковен дизајн на терапевтски пептиди, пилот-проект за примена на вештачка интелигенција за рано дијагностицирање на Фабриевата болест и развој на платформа за дизајн на мали терапевтски молекули. Директорот на Канцеларијата за информатика и е-влада Михаило Јовановиќ го пофали нивниот софтвер за автоматска анализа и класификација на мамографите според приоритетите. „Апликацијата означува сомнителни области на сликите и објаснува зошто алгоритамот за вештачка интелигенција заклучил дека има проблем, дозволувајќи им на радиолозите прво да се фокусираат на сликите со највисок приоритет“.

Според Савиќ, „софтверот за мамографија со вештачка интелигенција е развиен на суперкомпјутер за Институтот за онкологија и радиологија на Србија, а во текот на развојот биле додадени функции што ги барале радиолозите“.

Тој нагласува дека сите пет истражувачки тима на Институтот го користат суперкомпјутерот за развој на технологијата. Покрај здравствената група, постојат тимови што се занимаваат со развој на јазични технологии, компјутерска визија, подобрување на животната средина и бизнис. Главен корисник е и Институтот за молекуларна генетика и генетско инженерство, чии податоци, обработени од суперкомпјутерот, достигнуваат неколку десетици терабајти, според Савиќ.

Суперкомпјутерот се користи и надвор од медицинскиот сектор. „Покрај Институтот за истражување и развој на вештачката интелигенција, имаме неколку групи што работат на развој на големи јазични модели за српскиот јазик. Овие групи работат на Рударско-геолошкиот факултет и во Центарот за иновации при Електротехничкиот факултет во Белград, Факултетот за електроника во Ниш...“, наведува извршниот директор на „Дата клауд технолоџи“.

Стартапите развиваат и модели со вештачка интелигенција за различни области. „Имаме вештачка интелигенција за роботика, препознавање различни ентитети, човечки емоции, предвидувања во земјоделството, но и апликации за вештачка интелигенција во анализата на податоците собрани од опсерваторијата ’Вера Ц. Рубин’, најголемиот телескоп во светот. Објектот се наоѓа во Чиле, а на развој на софтверот работи српски тим од научници од Астрономската опсерваторија на Математичкиот факултет во Белград и од Техничкиот факултет во Чачак“.

Зборувајќи за проширувањето и примената на суперкомпјутерите, Јовановиќ во декември изјави дека се водат преговори со француската влада. „Ова е заем во вкупна вредност од 50 милиони евра“, рече тој, нагласувајќи дека Србија до крајот на 2025 година ќе го набави и инсталира најмоќниот суперкомпјутер во регионот, со примена на вештачка интелигенција за подобрување на условите за живот на сите граѓани, кои остануваат приоритет. Според Савиќ, од тие 50 милиони евра, 35 милиони ќе бидат вложени само во тој голем суперкомпјутер.

„Драстичното зголемување на капацитетот ги прави суперкомпјутерот и неговото време на користење достапни за поголем број институции, како и домашни стартапи, а во иднина и за малите и средните претпријатија“, изјави тој за БВ.

Како се користат суперкомпјутерите во здравството

Суперкомпјутерите стануваат моќна алатка во современата медицина, помагајќи подобро да се разберат одредени болести, да се идентификуваат генетските предиспозиции за одредени состојби, да се направат попрецизни дијагнози, да се определи терапија, поефикасно да се развијат лекови и да се предвидат нивните несакани ефекти. Кога суперкомпјутерот беше лансиран во DDC во Крагуевац, веќе се зборуваше за тоа како може да се користи за анализа на гените, што ќе им овозможи на граѓаните да добијат увид во нивните предиспозиции за одредени болести и начините за нивна превенција.

Глобалните институции веќе интензивно користат вакви системи за различни здравствени цели. На пример, данскиот Национален центар за геном, светски лидер во обработката на големи количества разновидни здравствени податоци во областа на персонализираната медицина, го користи својот суперкомпјутерски систем за собирање, анализа и интегрирање огромни и разновидни збирки податоци, како што се евиденција на пациенти, X -зраци и генетски податоци. „Суперкомпјутерот е толку моќен што може да открие причини и последици, обезбедувајќи попрецизна слика за пациентот што треба да се лекува“, се наведува на веб-страницата на центарот.

Примери за употреба на суперкомпјутери за време на пандемијата од ковид-19 се исто така интересни. За време на пандемијата, суперкомпјутерот на ‚Хјулит Пакард‘ (Hewlett Packard) (HPE) им помогна на научниците да го изолираат и идентификуваат протеинот на вирусот SARS-CoV-2. „Пред употребата на суперкомпјутери, истражувачите не можеа да го изолираат тој протеин. По тоа, компаниите и земјите беа во можност да планираат, развиваат, тестираат и распоредуваат вакцини. Компјутерот можеше да обработи милиони различни збирки на податоци за протеини од целиот свет, да ги анализира во контекст на протеините на вирусот SARS-CoV-2, а исто така да ги разбере својствата на додадените протеини“, изјави тогашниот извршен потпретседател на HPE, Џастин Хотард.

HPE

Очекувањата за примена на суперкомпјутери во медицината се големи. Се очекува дека истражувачките проекти во оваа област ќе продолжат да придонесуваат за скратување на времето потребно за дизајнирање и тестирање лекови, лекување сериозни болести како Алцхајмерова болест или рак, предвидување на ширењето заразни болести, оптимизирање и персонализирање на третманот и други области.

„Првиот суперкомпјутер ‚Ексаскејл‘ (exascale) во Европа ќе биде кофинансиран од ‚ЕуроХПЦ‘ (EuroHPC), компанија основана од Европската Унија за да развие висококвалитетна компјутерска инфраструктура“, потсетува „Дата клауд технолоџи“.

Неговата компјутерска моќ ќе се користи за создавање дигитални близнаци на човечкото срце или мозок за медицински цели, изведување симулации за добивање посилни и полесни материјали, изведување сложени климатски симулации и други цели. Ќе биде достапен за стартапи низ Европа за обука и имплементирање генеративни модели на вештачка интелигенција.

„Кога ќе ги погледнеме инвестициите на најголемите светски компании, јасно е дека земјите исто така сè повеќе ќе инвестираат во инфраструктурата за вештачка интелигенција. Едноставно кажано, меѓу сите нови технологии донесени од четвртата индустриска револуција, вештачката интелигенција се покажа како технологија што носи најголеми економски придобивки за општествата и земјите што ја прифаќаат и спроведуваат“, оценува Савиќ.

Истражуваат што се случува во живите клетки

Каква е хрватската суперкомпјутерска инфраструктура?

Хрватска во моментов има неколку суперкомпјутери. Суперкомпјутерот „Супек“ се наоѓа во центарот за податоци на универзитетскиот компјутерски центар „Срце“. Дополнително, воспоставен е напредниот облак-компјутерски систем „Вранчиќ“, кој е наменет за широк опсег на кориснички апликации и системи што бараат специфично програмско опкружување, како и значителни ресурси на процесорот и меморијата.

Суперкомпјутерот го добил името по еден од најголемите хрватски квантни физичари, Иван Супек (1915–2007), а напредниот облак-компјутерски систем го добил името по еден од најголемите хрватски полимати, Фауст Вранчиќ (р. 1551–1617).

„Покрај националните суперкомпјутерски ресурси ‚Срце‘, постојат и институционални ресурси во поединечни институции. Универзитетот во Риека има суперкомпјутер ’Бура’. Кога беше основан во 2015 година, ’Бура’ беше најмоќниот суперкомпјутер во Хрватска.

Тој беше рангирана на 441-то место од 500-те најмоќни системи во светот“, посочуваат од Хрватскиот центар за компетентност на HPC (HR HPC CC).

Оттаму додаваат дека има и неколку компјутерски кластери во институциите како Државната хидрометеоролошка служба или институтот „Руѓер Бошковиќ“, кои се користат за институционални потреби и се наменети за специфичните барања на тие институции и посебни групи корисници. Што се однесува до користењето на овие ресурси, „Супек“ и „Вранчиќ“ можат бесплатно да се користат за спроведување истражувачки проекти финансирани од јавни извори. Тоа значи дека може да ги користат луѓе од областа на науката и јавната администрација, како и малите и средните претпријатија.

„Се користат и за изработка на завршни, дипломски, специјалистички и докторски трудови на јавните универзитети и јавните научни институти, како и за изведување практична настава. Од друга страна, употребата на суперкомпјутерот ‚Бура‘ е ограничена првенствено на академската заедница на Универзитетот во Риека, со посебен акцент на истражувачките проекти и научната продукција. Пристапот е овозможен на приватни корисници и бизниси во соработка со академски партнери“, нагласуваат во HR HPC CC.

Во Хрватска научниците од институтот „Руѓер Бошковиќ“ истражувале лекови за рак со помош на финскиот суперкомпјутер ЛУМИ (LUMI) и словенечкиот „Вега“, како и хрватскиот суперкомпјутер „Супек“.

„Тие истражуваа што се случува во живите клетки, а суперкомпјутерите им дозволија да спроведат детални симулации на молекуларни интеракции, кои инаку би барале години работа на стандардни компјутери“, објаснуваат од HR HPC CC.

Понатамошен развој на оваа мрежа во Хрватска

HR HPC CC нагласува дека потребата од суперкомпјутери во Хрватска од година на година расте, како во научната област, така и во економијата и јавната администрација.

Според последните податоци на „Срце“ за користење суперкомпјутерска инфраструктура од почетокот на годинава, има постојан пораст. Во текот на 2023 година бројот на проекти е зголемен за 60 отсто во однос на 2022 година, додека бројот на корисници е зголемен за 35 отсто. Суперкомпјутерите најмногу се користеа во областа на пресметковната хемија, биологијата, физиката и вештачката интелигенција, а апликациите за вештачка интелигенција беа најмногу оптоварени поради големиот интерес на истражувачите.

„Во иднина се очекува уште поголема потреба од компјутерски капацитет, поради што е неопходно да се планира навремена надградба на специјализирани графички процесори приспособени за апликации за вештачка интелигенција“, наведуваат во HR HPC CC. И покрај предизвиците, тие сметаат дека Хрватска, со постојните национални ресурси и пристап до меѓународни ресурси, направи значителен напредок во развојот на суперкомпјутери и HPC-технологии. Тие, исто така, ја нагласуваат важноста на фактот дека Хрватска е активен член на „ЕуроХПЦ“ (EuroHPC JU Joint Enterprise), организација што работи на изградба на HPC-инфраструктура во Европа.

Тие нагласуваат дека технолошкиот развој е континуиран, па затоа е потребно да се размислува и планира за иднината и идните потреби. „Потребно е да се продолжи да се работи истовремено во сите области - во науката, јавната администрација и економијата, за да се искористат технологиите HPC до нивниот целосен потенцијал. „На ниво на Европската Унија, употребата на HPC-технологиите во науката и истражувањето е на завидно ниво, но сѐ уште не е постигнат доволен трансфер на науката во индустријата и јавната администрација“, заклучуваат тие.

Прекрасен нов свет

Развојот на суперкомпјутери во регионот, од словенечката „Вега“, преку хрватскиот „Супек“, до српските системи, покажува дека и помалите земји можат успешно да се натпреваруваат на глобално ниво доколку ги обединат визијата, знаењето и поддршката. Овие успеси докажуваат дека напредната технологија и стратегиските инвестиции овозможуваат напредок во клучните области, како што се здравството, истражувањето за климата, вештачката интелигенција и индустрискиот развој.

Можностите на овие системи ја надминуваат традиционалната употреба и носат конкретни резултати – од симулации и анализа на податоци до развој на решенија што го подобруваат квалитетот на животот и овозможуваат економски напредок. Иднината на суперкомпјутерот е јасно ориентирана кон поголема корисност и пристапност, што ќе им овозможи на компаниите, истражувачите и јавните институции да постигнат повеќе со помалку.

Со постојано надградување и планирање нови капацитети, овие системи ќе играат клучна улога во регионалниот и глобалниот развој, при што соработката меѓу земјите и институциите е клучна за искористување на сиот потенцијал што го носи суперкомпјутерот.

Во пишувањето помогнаа Урбан Червек, Ана Ристовиќ и Марта Премужак.