By Neprijeporno je tehnologija važna sastavnica ljudskoga razvoja još od vremena starih i nestalih civilizacija. Tijekom povijesti značaj tehnologije kontinuirano se povećavao. Zadnjih se stotinjak godina tehnički odnosno tehnološki progres ubrzava artikulirajući nove društvene i ekonomske fenomene. Primjerice, nastale su ogromne poslovne organizacije sa stotinama tisuća zaposlenika koje su afirmirale profitabilnu masovnu proizvodnju, te omogućile uspostavu masovnoga društva. Taj se društveno ekonomski koncept ne bi mogao realizirati bez odgovarajuće tehnologije koja uključuje, na primjer, komunikacije, transport, energetiku i strojnu proizvodnju. U drugoj polovici 20. stoljeća kao stožerna sastavnica socijalnog i gospodarskoga napretka nametnula se računalna tehnologija.
Računalstvo
Zahvaljujući brojnim tehničkim inovacijama i poduzetničkim pothvatima računalna tehnologija odnosno industrija bilježi kontinuiranje visoke stope rasta. Pri tome se učestalo plasiraju značajne tehničke inovacije koje se uspješno komercijaliziraju. Navedeni procesi rezultirali su značajnim smanjivanje cijena računalnih naprava, te njihovom sve većom praktičnošću. To je dovelo i do raširene upotrebe računala čiji se raspon korištenja kreće od, na primjer, zabave i obrazovanja do znanosti i bankarstva
Računalstvo je tehnologija koja je infiltriranjem u sve segmente života i rada, postala u brojnim slučajevima gotovo nezamjetljiva, poput, primjerice električne energije. Fenomen računalne integracije u ljudsku svakodnevnicu, svojevremeno je predvidio Mark Weiser, američki računalni znanstvenik i glavni tehnološki direktor Xerox PARC-a. On je taj tehnološki fenomen anticipirao još 1988. godine, te ga nazvao sveprisutno računalstvo (ubiquitous computing).
Weiser je točno predvidio kako će čipovi jednog dana odnosno u bliskoj budućnosti postati vrlo jeftini i lako dostupni. Zbog toga će se u ugrađivati u brojne proizvode s kojima se služimo u svakodnevnom životu, kao što su odjeća, namještaj, kućanski aparati i dr. Čak što više, on je proročanski najavio ugradnju čipova u ljudska tijela, te internetsko umrežavanje svih čipova iz ljudskoga okruženja. Ljudi će biti okruženi čipovima, te će se danonoćno pratiti njihovo kretanje, što su prije dvadesetak godina omogućili pametni mobiteli.
Njihova internetska povezanost osigurat će razmjenu podataka s ciljem poznavanja, prije svega, potrošačkih potreba i navika. Uspostavit će se individualizirano pružanje usluga. što će rezultirati poboljšavanjem kvalitete svakodnevnoga života. Weiserovo tehnološko vizionarstvo postalo je, već kraće vrijeme, stvarnost nastankom napredne tehnologije poznate pod nazivom internet stvari (Internet of Things – IoT). Nadalje, ugradnja čipova odnosno senzorske tehnologije u svakodnevne predmete široke potrošnje danas je prepoznatljivo pod zazivima kako što su, na primjer, pametna odjeća, pametni televizori, pametni hladnjaci, pametni domovi, pa čak i pametni gradovi.
Neprijeporno je kako se radi o tehnološkoj revoluciji koja generira novi način života, te afirmira nove socijalne odnose, među koje spadaju, primjerice, virtualna i proširena stvarnost. Ključne sastavnice nove društvene zbiljnosti su sve moćnija računala, internetske tehnologije i umjetna inteligencija odnosno algoritmi. Tehnološki startupovi i serijski tehno inovatori postali su atraktivni i privlače pozornost brojnih mladih ljudi. Tehno poduzetništvo postalo je svojevrstan životni stil brojnih talentiranih pripadnika mlađe generacije. Poduzetničke napore talentiranih mladih ljudi, već neko vrijeme podupire tehno eko sustav, koji obuhvaća startupove, fondove rizičnog kapitala, sveučilišta i javne administracije. Taj inovativni tehno obrazac uspješno generira tehnološki razvoj, te podržava rast tehno kompanija.
Jedan od rezultata toga ustroja je stalni i brzi tehnički progres koji je još 1965. godine prepoznao Gordon Moore, suosnivač tvrtke Fairchild Semicondustor i izvršni direktor Intela. On je primijetio kako se broj tranzistora u integriranom krugu udvostručuje otprilike svakih 18 mjeseci. Nešto kasnije, odnosno 1975. godine, on je svoju prognozu djelomično korigirao tvrdnjom kako se to događa svake dvije godine.
Konkretnije govoreći, u tadašnje vrijeme svakog Božića nove računalne igre, koje bi se plasirale na tržište, bile su dva puta moćnije od prethodnih modela. Taj je rast bio postojan, te je omogućavao brojne nove i gotovo nezamislive funkcionalnosti. Primjerice, pojavile su se rođendanske čestitke s ugrađenim čipom koji bi nakon otvaranja otpjevao rođendansku pjesmu. Samo taj čip imao je više računalne snage od svih računala savezničkih snaga 1945. godine.
Mobiteli koji su se koristili u prvom desetljeću 21. stoljeća bili su moćniji od NASA-inih računala, koja su se upotrebljavala 1969. godine za svemirske letove na Mjesec, s ljudskom posadom. Video igre, koje simuliraju 3-D situacije, pogone računala koja su bila snažnija od superračunala korištena krajem 1990-ih godina. Primjerice, Sony PlayStation iz 2010. godine, koji je koštao 300 američkih dolara, radio je uz pomoć računala, koje bilo moćnije od vojnoga superračunala iz 1997. godine, a čija je cijena iznosila nekoliko milijuna američkih dolara.
Od ranih 1970-ih godina broj tranzistora po čipu povećao se deset milijuna puta. Njihova se snaga povećala za deset redova veličine, što predstavlja napredak od sedam milijardi puta. Podsjećam kako je tranzistor izumljen neposredno prije Božića 1947. godine, a javnosti su ga predstavili stručnjaci Bell Labsa. Ipak, trebalo je više od deset godina, prije negoli je tranzistor ostvario značajan učinak na računalstvo.
Eksponencijalni tehnološki razvoj
Danas je razvidno kako računalna tehnologija napreduje eksponencijalno. To se odnosi, kako na kapacitete procesuiranja, tako i na tehničke inovacije koje ih omogućavaju. Tehnički izumi su rezultat brojnih inovacija iz različitih područja, te su, u pravilu, plod timskog rada. U tom pogledu značajan doprinos daju razvojni inženjeri angažirani u tehnološkim korporacijama. Oni su uspjeli svakih desetak godina plasirati komercijalna i značajna tehnološka unapređenja.
Tijekom 1950-ih godina vakumske cijevi bile su ključna sastavnica računalnih uređaja. Računala su bila velika, skupa i usko specijalizirana, te su se koristila gotovo isključivo u vojsci. Tranzistori zamjenjuju vakumske cijevi 1960-ih godina značajno unapređujući računalnu arhitekturu. Uređaji postaju praktičniji premda i su dalje glomazni iz današnje perspektive. Značajna novost je što ih počinju kupovati poslovne organizacije, ponajprije banke. Integrirane tiskane pločice koje su se pojavile 1970-ih godina znatno su smanjile veličinu računala. Pojavljuju se mini računala koja drastično povećavaju tržišnu potražnju i fizičkih osoba. U početku se to odnosilo ponajprije na hobiste.
Izum čipa 1980-ih godina svakako spada u prijelomnu tehnološku inovaciju, koja je drastično redizajnirala računalnu arhitekturu. Unutar čipa smješteno je na desetke milijuna tranzistora, što je omogućilo pojavu osobnih računala koja se bez problema mogu pospremiti u aktovku. Osobna računala ubrzo su prerasla u proizvod koji se koristi kako na poslu tako i doma. Internetske tehnologije 1990-ih godina omogućile su revolucionarno povećanje računalnih mogućnosti njihovim spajanjem u jedinstvenu globalnu računalnu mrežu. Novu tehnološku stvarnost počinje postupno stvarati 2000-ih godina sveprisutno računarstvo.
Već smo spomenuli sveprisutno računalstvo za koje je karakteristična ugradnja čipova ne samo u računala, već i u svakodnevne predmete koji nas okružuju, artikulirajući tehnološko životno i poslovno okruženje. Još jednom ćemo ponoviti kako je jedna od karakteristika sveprisutnog računalstva mogućnost prikupljanja golemih količina podataka. To se kasnije pokazalo poticajnim za široku primjenu umjetne inteligencije. Danas je jedan od najdragocjenijih izvora podataka pametni telefon opremljen brojnim aplikacijama, koji je prerastao u stožerni tehnološki uređaj digitalnog doba. U tom smislu valja ukazati i na važnost društvenih mreža.
Klasteri kao superračunala
U kraćim crtama prikazana povijest razvoja računalne tehnologije ukazuje na stalnu potrebu kreiranja sve moćnijih mislećih alata. U tim naporima zasebno mjesto pripada superračunalima, čije performanse zadivljuju čovječanstvo od kada su se pojavila. Vidljivo je kako se razvoj računala i superračunala temeljio na silicijskim čipovima koja, međutim, imaju određena fizička ograničenja. Strujni krugovi mikročipa postaju sve manji i taj proces minimiziranja ima svoje granice. U tom pogledu nanotehnologija i kvantna mehanika nude određena razvojna rješenja za superračunala nove generacije.
Superračunala su od svoga nastanka bila vrlo skupa, te stoga nedostupna širem krugu korisnika. Razvojni inženjeri i eksperti iz različitih područja nude specifična zamjenska rješenja za superračunala. Radi se o tehnološkim alternativama koja su financijski znatno povoljnija, a funkcionalno vrlo učinkovita. Jedna od takvih tehničkih mogućnosti je formiranje manjeg klastera mikročipova, koji uz pomoć većeg broja računala istodobno rješavaju manje dijelove jednog određenog kompleksnog problema. Taj je pristup poznat kao paralelno računalstvo, koje je u stanju ostvariti performanse funkcioniranja slične onima koje imaju superračunala.
Jedno zanimljivo tehnološko rješenje pojačavanja učinka računalnih uređaja bio je program SETI@home, napisan na Sveučilištu Kalifornija u Berkeleyu 1999. godine, te distribuiran putem interneta. U svega tri mjeseca više od milijun ljudi preuzelo je softver koji je skenirao signale snimljene radio teleskopom Arecibo smještenom u Puerto Ricu.
Cilj je bio prepoznavanje odnosno potraga za signalima koje su odaslala inteligentna bića s nekoga udaljenoga planeta. Na taj način su istodobno milijuni dobrovoljaca sa svojim osobnim računalima bili angažirani na jednom precizno definiranom zadatku. Ta se metoda rada može koristiti u različitim područjima. Umrežavanje brojnih astronoma amatera koristi se danas u astronomiji, kao legitimna istraživačka metoda pronalaženju novih svemirskih tijela. Valja istaknuti kako je to tehnološko rješenje potaknulo znanstvenike na kreiranje ideje o virtualnom superračunalu.
Još ranije, znanstvenici u brojnim istraživačkim institutima i sveučilištima ovladali su tehnikom konstruiranja vlastitoga superračunala umrežavanjem jeftinih osobnih kompjutora i pisanjem odgovarajućeg softvera. Tako su uz pomoć mreže prosječnih računala izgradili računalne performanse prikladne za rješavanje iznimno kompleksnih problema.
Sredinom 1980-ih godina navedenu tehniku razvojni inženjeri Digital Equipment Corporation nazvali su klaster. Naime, oni su tada integrirali VAX mini računala u veće sustave poboljšavajući na taj način njihove funkcionalnosti. Ekspanziji računala doprinosio je i razvoj softvera. Tih godina Unix se nametnuo kao dominantan računalni operativni sustav znanstvenih i tehničkih istraživanja. Prava revolucija nastaje 1991. godine kada se pojavio Linux, koji se kao operativni sustav pokazao idealnim za gradnju klastera PC-a.
To je dodatno pojačalo napore u tom pravcu koji su kontinuirani i sustavni. Ranih 1990-ih godina znanstvenici u sve većoj mjeri prakticiraju gradnju klastera osobnih računala, djelomično i zbog toga što je proizvodnja mikroprocesora postala iznimno jeftina. Valja spomenuti Ethernet kao dominantnu tehnologiju povezivanja računala unutar lokalnih mreža.
Konkretno govoreći, prvi PC klaster nastao je 1994. godine u NASA-inu Goddard Space Flight Center, kao jeftiniji način rješavanja složenih problema koji se javljaju u astronomiji. NASA je tada trebala računalo koje obavlja jedan gigaflops izračuna u sekundi. Flops je mjerna jedinica koja se koristi pri mjerenju brzine procesora. U to vrijeme komercijalno superračunalo s takvim performansama koštalo je jedan milijun američkih dolara.
Interesantno je spomenuti kako je povezivanje računala prakticirano još ranije. Tijekom 1950-ih i 1960-ih godina Zračne snage Sjedinjenih Američkih Država uspostavili su mrežu računala s vakuumskim cijevima nazvanu SAGE koja je služila za zaštitu od nuklearnog udara Sovjetskog Saveza.
Potrebe za superračunalima
Potreba za moćnim superračunalima je stalna, bez obzira na kontinuirani i brzi razvoj računalnih uređaja u cjelini. Tako se, primjerice, svake dvije godine brzina procesora udvostručuje, a komponente smanjuju. Ipak, bez obzira na tu činjenicu, kompleksni znanstveno istraživački projekti, već desetljećima iskazuju potrebu za sve moćnijim superračunalima. Jedna od poteškoća, s kojom se susreću znanstvenici, sastoji se u činjenici što su superračunala skupa, te u pravilu koštaju desetke milijuna američkih dolara. Stoga ih mogu pribaviti samo istraživački timovi koji raspolažu s velikim proračunima.
Performanse superračunala su impresivnije i naprednije sa svakom novom generacijom koja se pojavi na specijaliziranom tržištu odnosno tržišnoj niši. NEC SX-9 je prvo superračunalo u svijetu koje je premašilo 100 gigaflopsa. IBM Roadrunner je prvo superračunalo koje je dostiglo jedan petaflops.
Klasičan kalkulator treba 10 flopsa za svoje operacije odnosno funkcioniranje, što će nam poslužiti kao osnova za slikovitiji prikaz snage superračunala. Kada govorimo o superračunalu snage jednog petaflopsa kao što je IBM Roadrunner, tada je riječ o snazi od 1 000 000 000 000 000 flopsa.
Razvoj superračunala odvija se u skladu s tri temeljna cilja : veća brzina ; veća snaga i više mogućnosti. Povijesno gledano, industrija superračunala pomicala je granice procesnih performansi kombinacijom naprednih tehnologija i računalne arhitekture prilagođene specijaliziranim zadaćama. Ti procesi rezultirali su, pored ostaloga, visokim cijenama.
Superračunala su nužan spoznajni alat pri rješavanju najkompleksnijih zadaća u područjima poput, primjerice, klimatskoga modeliranja, kontrolirane fuzije, biomedicine, nanotehnologije, astronomije i naprednoga inženjerstva. Ipak, i današnja najbrža superračunala bit će prespora za znanost sutrašnjice.
Europska unija nastoji dodatno ojačati kapacitete za razvoj superračunala. Stoga je 6. studenoga 2018. godine utemeljeno javno – privatno partnerstvo u segmentu računalstva visokih performansi European High – Performing Computing Joint Undertaking. U razdoblju od 2021. do 2027. godine za realizaciju ciljeva projekta osigurano je sedam milijardi eura, a trenutno raspolaže s devet superračunala smještenih diljem Europe.
Mr.sc. Marinko Kovačić
Comments