Министерство образования, культуры, спорта, науки и технологий Японии (MEXT) объявило о планах построить преемник суперкомпьютера «Фугаку» (Fugaku), который ранее был самым быстрым в мире. Институт физико-химических исследований (RIKEN) и компания Fujitsu начнут его разработку в следующем году, сообщает Nikkei.

Источник изображений: riken.jp

Новый суперкомпьютер продемонстрирует производительность для алгоритмов искусственного интеллекта в 50 экзафлопс с пиковой производительностью зеттафлопсного масштаба в отдельных задачах — машина будет использоваться для работы с ИИ в научных целях. Другими словами, система сможет выполнять один секстиллион операций с плавающей запятой; зеттафлопс в тысячу раз быстрее экзафлопса, и если к 2030 году Япония построит такую систему, у неё действительно будет самый производительный суперкомпьютер в мире.

Каждый вычислительный узел суперкомпьютера Fugaku Next будет иметь пиковую производительность в несколько сотен терафлопс для вычислений с двойной точностью (FP64), около 50 петафлопс для вычислений с точностью FP16 и около 100 петафлопс для вычислений с 8-битной точностью; память HBM обеспечит пропускную способность в несколько сотен Тбайт/с. Для сравнения, вычислительный узел «Фугаку» демонстрирует 3,4 Тфлопс для вычислений с двойной точностью, 13,5 Тфлопс для вычислений с половинной точностью (FP16), а пропускная способность памяти составляет 1,0 Тбайт/с.

На первый год разработки системы министерство выделит 4,2 млрд иен ($29,05 млн), а общее государственное финансирование превысит 110 млрд иен ($761 млн). Возглавит разработку RIKEN, один из самых известных исследовательских институтов Японии; а с учётом того, что MEXT требует максимального присутствия японских технологий в системе, разработкой оборудования будет заниматься преимущественно Fujitsu. Какие-то конкретные требования к архитектуре Fugaku Next в документах MEXT не указываются — вероятно, это будут центральные процессоры со специализированными ускорителями или комбинация центральных и графических процессоров.

Если преемник «Фугаку» будет работать на процессорах Fujitsu, он получит чипы, которые выйдут после MONAKA, у которых на борту до 150 ядер Armv9. Речь идёт о компоненте в мультичиплетной конфигурации, распределенной по многоядерным кристаллам и кристаллами SRAM и ввода-вывода. Последние обеспечивают работу с памятью DDR5, а также интерфейсами PCIe 6.0 и CXL 3.0 для различных ускорителей и периферии. Кристаллы ядер будут производиться с использованием 2-нм техпроцесса TSMC. Преемник Fujitsu MONAKA получит большее число ядер и более мощные интерфейсы — он, возможно, станет изготавливаться по техпроцессу класса 1 нм или ещё более передовому.

Японский научно-исследовательский институт RIKEN и компания Fujitsu объявили об успешной разработке квантового компьютера на 64 сверхпроводящих кубитах. Авторы проекта также подготовили гибридную платформу квантовых вычислений, доступ к которой они предоставят своим партнёрам.

Источник изображения: fujitsu.com

Новый квантовый компьютер основан на технологии, разработанной RIKEN и группой партнёров института, включая Fujitsu, которая использовалась в предыдущей совместной квантовой системе, представленной в минувшем марте. Fujitsu и RIKEN также объявили о запуске платформы гибридных квантовых вычислений, которая объединяет вычислительную мощность системы на 64 сверхпроводящих кубитах и одного из крупнейших в мире симуляторов квантового компьютера на 40 кубитов. Для работы нового комплекса разрабатывается гибридный квантовый алгоритм, связывающий квантовые вычисления с традиционными высокопроизводительными вычислениями (HPC). Он сможет использоваться для работы в различных областях, включая разработку медицинских препаратов и финансовых алгоритмов.

Разработка квантовых компьютеров сегодня продвигается быстрыми темпами, но лежащие в их основе технологии пока относятся к эпохе NISQ (Noisy Intermediate-Scale Quantum era), которая характеризуется высоким несовершенством: помехи из окружающей среды пока оказывают слишком сильное влияние на квантовые вычисления. Отказоустойчивый квантовый компьютер или FTQC (Fault-Tolerant Quantum Computer), способный обеспечивать надёжные и точные результаты, появится не менее чем через десятилетие. Поэтому в Fujitsu и RIKEN решили применить гибридный подход, подключив к настоящему квантовому компьютеру его симулятор, который не подвержен ошибкам.

Для проверки работы системы разработчики применили её для расчёта энергии основного состояния молекулы H12 — цепочечной молекулы из 12 атомов водорода — и объединили алгоритм с технологией коррекции квантовых вычислений на основе искусственного интеллекта, призванной смягчить шумовые эффекты в квантовых компьютерах. Fujitsu и RIKEN также доложили, что продолжается разработка квантового компьютера на 1000 кубитов.

Агентство Nikkei сообщило, что в понедельник в Японии запустили первый квантовый компьютер отечественной разработки. Установку спроектировали и построили институт RIKEN и компания Fujitsu. Квантовая система может оперировать 64 кубитами, что намного больше ранее размещённого в Японии квантового компьютера IBM на 27 кубитах. Желающих воспользоваться системой через облачный доступ оказалось так много, что пришлось вводить очередь.

Источник изображения: Tomoki Mera \ asia.nikkei.com

Японские компании сильно отстали от США и даже от Китая в разработке квантовых технологий. Несколько лет назад правительство Японии предприняло ряд мер организационного порядка и немного помогло с финансированием, чтобы процесс начал набирать силу. Компания Fujitsu и институт RIKEN были среди тех, кто начал совместную работу над принципиально новыми вычислительными системами. Они пообещали и достигли первого этапа в работе — представили отечественную 64-кубитовую вычислительную платформу. В 2025 году партнёры обещают запустить 100-кубитовый вычислитель, а ещё год спустя — 1000-кубитовый.

«Крупные зарубежные игроки, такие как Google, могут казаться лидерами в этой области, но у нас есть место для конкуренции», — сказал Синтаро Сато (Shintaro Sato), глава квантовой лаборатории Fujitsu.

В то же время нигде в мире пока нет ясного понимания, как и для каких задач лучше всего использовать квантовые вычислители. RIKEN и Fujitsu также будут прорабатывать эти вопросы. В частности, RIKEN займётся прикладной частью вместе с японскими предприятиями и университетами, а Fujitsu будет изучать возможные приложения совместно с Fujifilm и Tokyo Electron.

Распространено мнение, что квантовые вычисления могут ускорить разработку новых материалов в десять раз, в том числе в областях, имеющих решающее значение для декарбонизации, таких как батареи для электромобилей и искусственный фотосинтез.

Несколько лет назад пионером в исследованиях по использованию квантовых вычислений для разработки материалов для батарей стала Mitsubishi Chemical Group. Как и компании Toyota Motor и Sony Group, тоже заинтересованные в разработке новых технологий и материалов, Mitsubishi воспользовалась услугами 27-кубитового компьютера IBM, развёрнутого в 2021 году в Кавасаки. Можно не сомневаться, что более мощная отечественная квантовая система в полной мере будут востребована этими и другими компаниями. Это будущее, которое уже наступило. Упускать из рук такое нельзя.

За прошедший год в мире зародилось множество проектов по созданию гибридных вычислительных систем, состоящих из связанных между собой квантовых компьютеров и классических суперкомпьютеров. Таким образом, квантовые системы начнут осваивать ниши практических вычислений задолго до появления универсального квантового вычислителя. Продвинутые в создании суперкомпьютеров японцы спешат воспользоваться этим преимуществом и создать рабочее решение к 2025 году.

Источник изображения: Riken Quantum Computing

Подключить к будущей квантовой системе в Японии планируют ни много ни мало, а систему с сильнейшим мировым уровнем, которая до 2022 года целых два года удерживала первое место в списке мощнейших суперсистем мира — это компьютер Fugaku совместной разработки и производства компании Fujitsu и Института физико-химических исследований RIKEN. Будущего квантового партнёра этой системы Fujitsu и RIKEN также будут создавать вместе, и первый его прототип построят в городе Вако префектуры Сайтамо (недалеко от Токио) уже к марту текущего года.

Ожидается, что суперкомпьютеры смогут частично смягчить такие «детские болезни» квантовых систем, как вероятностный характер вычислений (значительный уровень ошибок) и короткое время жизни квантовых состояний кубитов. Отметим, сегодня кубиты фактически подключаются к обычным компьютерам, которые устанавливают и считывают их состояния в процессе исполнения алгоритмов, поэтому ничего принципиально нового и сложного в гибридных квантово-классических вычислениях нет. Но и уровень сложности будущей задачи нельзя преуменьшать — согласованная работа в режиме расчётов потребует новых программных сред, инструментов и даже алгоритмов.

Для подготовки к будущей совместной работе Fugaku и пока безымянной квантовой системы институт RIKEN создаёт команду разработчиков, которая с 2023 года будет заниматься изучением различных методов и инструментов расчёта для облегчения передачи данных между квантовым компьютером и Fugaku. Запуск системы в работу ожидается в 2025 году. Вскоре после этого партнёры намерены довести гибридную систему до уровня «безошибочного» квантового компьютера. Компания Google, например, обещает создать исключительно квантовый вычислитель без ошибок к 2029 году. Японские инженеры намерены обогнать в этом Google за счёт гибридного подхода.