El ascenso del amanecer – Technology Org

En la primera Cumbre de Seguridad de la IA del mundo, organizada por el Reino Unido en noviembre de 2023, el gobierno anunció una inversión que haría La supercomputación británica de IA es 30 veces más potentegracias a un par de supercomputadoras llamadas Dawn e Isambard.

Dawn fue instalada por la división de computación de alto rendimiento de la Universidad, Research Computing Services.

Las supercomputadoras Dawn e Isambard, con sede respectivamente en Cambridge y Bristol, forman parte del AI Research Resource del gobierno. Estas instalaciones nacionales sustentarán la infraestructura de IA de próxima generación del Reino Unido, proporcionando capacidad informática especializada en IA a investigadores, académicos e industriales.

Dawn, que ya está en funcionamiento en su centro de datos de última generación en Cambridge, es actualmente la supercomputadora de IA más poderosa del Reino Unido, con más de mil unidades de procesamiento de gráficos (GPU) Intel de alta gama operando dentro de sus pilas de servidores. .

Las innovaciones personalizadas de hardware y software de la supercomputadora son el resultado de una asociación de codiseño a largo plazo entre Laboratorio abierto de escala Zetta de Cambridgedirigido por el Dr. Paul Calleja, y los líderes tecnológicos globales Intel y Dell Technologies, con el apoyo de la Autoridad de Energía Atómica del Reino Unido (UKAEA) y la Investigación e Innovación del Reino Unido.

Dawn ahora se está implementando para que lo utilicen científicos de Cambridge y de todo el Reino Unido en campos de investigación críticos como la energía limpia, la medicina personalizada y el clima.

Aquí, echamos un vistazo a cómo se utiliza Dawn para respaldar estos ambiciosos objetivos, comenzando con uno de los principales casos de uso de la nueva supercomputadora: trabajo de UKAEA para diseñar el prototipo de central eléctrica de energía de fusión del Reino Unido.

La fusión es el proceso natural que impulsa nuestro Sol. La inmensa fuerza de gravedad en el núcleo del Sol hace que los núcleos de hidrógeno se agrupen tan estrechamente que se «fusionan», liberando asombrosas cantidades de energía. Si la fusión puede aprovecharse económicamente en la Tierra, proporcionará una forma casi ilimitada de electricidad limpia y segura.

«Sin embargo, suministrar energía de fusión es uno de los mayores desafíos científicos y de ingeniería de los tiempos actuales», afirma el Dr. Rob Akers, director de programas de informática de la UKAEA. “Una central de energía de fusión es una pieza de maquinaria muy compleja y fuertemente acoplada – tiene que serlo para contener las condiciones de una estrella aquí en la Tierra.

«Por lo tanto, para cumplir con el exigente cronograma para entregar estas plantas de energía para la era Net Zero, debemos diseñar la planta ‘in silico’, es decir, en el mundo virtual, utilizando supercomputación e inteligencia artificial».

Dawn se utilizará para crear simulaciones complejas. – ‘gemelos digitales’ – que modelan el comportamiento de la fusión y la maquinaria de la planta, utilizando datos recopilados durante las próximas dos décadas.

En última instancia, esto ayudará a ejecutar el ambicioso programa de UKAEA para diseñar y construir su prototipo de planta de energía de fusión, STEP (Spherical Tokamak for Energy Production), en West Burton, Nottinghamshire.

«Dawn es un proyecto increíblemente apasionante para catalizar lo necesario para diseñar plantas de energía de fusión en el mundo virtual», añade Akers.

“Este no es un desafío teórico: resultará en una planta de energía física que brindará importantes oportunidades en la cadena de suministro nacional para la construcción y Generar empleos de alto valor en IA y ‘digital’ en todo el Reino Unido..”

La idea es que el mundo virtual altamente inmersivo y conectado, un ‘metaverso industrial’, desarrollado con Dawn ayudará a los ingenieros que no tienen experiencia en computación de alto rendimiento o inteligencia artificial a resolver desafíos más rápido, acelerando dramáticamente y eliminando riesgos para el Reino Unido. hoja de ruta de fusión.

«Tener acceso a sistemas potentes como Dawn es fundamental para posicionar al Reino Unido a la vanguardia de una tecnología e industria emergentes», añade Akers. «El premio final será ‘embotellar una estrella’: aprovechar la energía de fusión aquí en la Tierra y cambiar el rumbo hacia un mundo libre de carbono».

El trabajo del profesor Peter Coveney utilizando Dawn nos acercará a Gemelos digitales que pueden ayudarnos a mantenernos saludables.

Un gemelo digital humano es un modelo informático que es una réplica virtual de la biología de un individuo: su ADN, moléculas, células, órganos, procesos circulatorios, inmunología, etc. Aunque todavía no existen gemelos digitales con esta integridad, complejidad e individualidad, muchos creen que la tecnología es la próxima frontera de la medicina.

«La medicina moderna mira en gran medida hacia atrás», explica el profesor Coveney, director del Centro de Ciencias Computacionales del University College de Londres. “Los médicos descubren la mejor manera de tratar a los pacientes analizando los resultados de los ensayos clínicos en otras personas.

“¿Pero qué pasaría si un médico pudiera utilizar un gemelo digital suyo para comprobar si un medicamento funcionará, para aconsejarle sobre cómo le afectará una pandemia o para predecir cómo un cambio en su estilo de vida podría mejorar su salud a largo plazo?

“Las copias virtuales de nosotros mismos marcarán el comienzo una nueva era de medicina personalizada. Estos gemelos digitales cambiarán toda la noción de lo que es estar sano”.

Coveney es un experto en el modelado complejo detrás de la construcción de planos virtuales del cuerpo humano y utilizará a Dawn para continuar su investigación.

Lidera una colaboración internacional que previamente ha construido un gemelo digital de todo el sistema circulatorio humano (los 60.000 kilómetros de vasos, arterias, venas y capilares) utilizando datos de secciones transversales digitalizadas de un cadáver congelado.

La parte difícil es escalar a una representación digital de un ser humano completo. Es un desafío no sólo desde el punto de vista computacional, sino también por lo que la sociedad siente acerca de los «doppelgangers digitales». Coveney analiza estas cuestiones morales y éticas en su libro. Tú virtualescrito para ayudar a que todos «desde el especialista hasta el público en general estén al día con el progreso de la tecnología».

Aunque puede pasar algún tiempo antes de que una visita al médico implique consultar la información más reciente almacenada electrónicamente en su gemelo digital, habrá beneficios durante todo el viaje, dice Coveney. Un área será el descubrimiento de fármacos.

“El proceso de descubrimiento de fármacos es lento y costoso, pero el uso de simulaciones híbridas basadas en la física y la IA puede acelerar el descubrimiento de fármacos terapéuticos para enfermedades como la COVID-19. Estos flujos de trabajo altamente complejos requieren la capacidad de supercomputación más avanzada para proporcionar el alto rendimiento necesario para detectar una gran cantidad de fármacos candidatos.

“Estoy emocionado de ver a Dawn, el primero de una nueva clase de supercomputadora aceleradame inicio en el Reino Unido y espero continuar mi investigación con estas extraordinarias instalaciones nacionales”.

Instituto de Computación para la Ciencia del Clima de Cambridge (ICCS) está utilizando Dawn para explorar las soluciones que serán importantes en la forma en que abordamos la crisis climática.

Los modelos climáticos son cada vez más complejos, con grandes cantidades de datos climáticos disponibles a partir de satélites, drones, barcos y sensores, en tiempo real y en el pasado, que abarcan ubicaciones desde lo local hasta lo global.

«Hace mucho que necesitamos el poder de las supercomputadoras para darle sentido a esto», dice el Dr. Jack Atkinson, ingeniero senior de software de investigación en el ICCS. «Pero ahora también necesitamos inteligencia artificial y aprendizaje automático para ejecutar simulaciones lo suficientemente rápido como para que los tomadores de decisiones prioricen las acciones que marcarán la diferencia».

El papel de Atkinson es escribir programas que permitan a equipos de expertos en clima de todo el mundo analizar, modelar y predecir cómo el cambio climático está afectando a la atmósfera, la biosfera, el océano y el hielo marino.

Su colega, la Dra. Marion Weinzierl, también ingeniera senior de software de investigación, añade: “Ya no se trata sólo de prevenir (el clima ya está cambiando), ahora también se trata de tomar decisiones sobre cómo reaccionar. Las simulaciones anticipadas pueden plantear preguntas como: si el nivel del mar aumenta tantos metros, ¿podemos planear adaptarnos? ¿Cómo cambiará la agricultura con el cambio climático?

Ingenieros de software como Weinzierl y Atkinson ayudan a los científicos a realizar simulaciones minuciosamente detalladas para modelar los procesos que están sucediendo. «También trabajamos para mejorar la eficiencia del software y su desarrollo y ejecución, para reducir la energía necesaria para llegar a la solución», añade Weinzierl.

Atkinson describe el tipo de trabajo para el que utilizará Dawn: “He estado buscando cómo modelar nubes donde el agua cambia a lluvia y hielo para mejorar las predicciones de lluvia. Los modelos con detalles finos pueden capturar mucha física, pero son complejos y sólo pueden usarse a escala local. Estoy viendo cómo ampliar esto al nivel planetario utilizando la capacidad de la IA para identificar patrones y aprender”.

Y añade: “Es importante que la gente no piense que las supercomputadoras o la IA solucionarán el cambio climático. Pero podrían ayudar a abordar cuestiones que realmente marcarán una diferencia en la forma en que sobrevivimos”.

Profesora Emily Shuckburgh, directora del ICCS y Cambridge ceroestá entusiasmado con las oportunidades que Dawn brinda al trabajo del ICCS y otros modeladores climáticos:

“La clave del cambio climático es que hay un reloj que corre muy rápidamente y necesitamos ofrecer soluciones rápidamente.

“He pasado toda mi carrera trabajando en el lado de los problemas del cambio climático, ya que ahí es donde está el enfoque del modelado climático, y estoy entusiasmado con el trabajo que se está llevando a cabo ahora en el lado de las soluciones del cambio climático… Computadoras como Dawn son realmente fundamentales para el desarrollo de estas oportunidades.«

Dawn ha colaborado en el diseño con Dell e Intel durante los últimos dos años. Actualmente es la supercomputadora de IA más poderosa del Reino Unido, duplicando el poder de la IA en el Reino Unido.. ¿Que sigue?

«Nuestro objetivo es ofrecer un Dawn de Fase 2 que tenga un nivel de rendimiento 10 veces mayor», dice Calleja. «Si se lleva adelante, Dawn Phase 2 aumentará significativamente la capacidad de IA del Reino Unido y continuará esta exitosa asociación industrial».

Dawn puede manejar una gran cantidad de datos rápidamente. Dentro de las pilas de servidores hay más de mil GPU (Intel® Data Center GPU Max Series) y más de 500 unidades centrales de procesamiento (CPU: procesadores Intel® Xeon®). Las GPU dividen los problemas complejos en tareas paralelas; Esto es esencial tanto para el ‘aprendizaje profundo’ repetitivo necesario en la IA como para representar gráficos en simulaciones de ‘gemelos digitales’ realistas. Las CPU le dan a Dawn la velocidad y la potencia para la informática de alto rendimiento.

Mientras tanto, una capa de software única basada en la nube llamada Scientific OpenStack combina inteligencia artificial, simulación y análisis de datos, y la tecnología de programación oneAPI de Intel permite a los investigadores trabajar sin problemas entre CPU y GPU.

Estas capacidades permitirán a Dawn e Isambard trabajar juntos, lo que refleja la necesidad urgente de una mayor coordinación de la informática a gran escala en el Reino Unido. identificado por el gobierno del Reino Unido. Juntos, Dawn e Isambard se convertirán en lo que rápidamente se está denominando una «superinstalación».

«El Reino Unido necesita recursos computacionales de vanguardia para que su comunidad de investigación pueda realmente competir en el escenario global», afirma Calleja.

«Hoy en día, La ciencia utiliza la simulación y la IA como una de sus principales fuerzas impulsoras para acelerar el proceso de descubrimiento.. Sin la computación, sin la capacidad de la IA, la ciencia se ve frenada. Con estas capacidades podemos impulsar el proceso de descubrimiento 10 o 100 veces más rápido que sin ellas..”

Fuente: Universidad de Cambridge