Суперкомпьютер: «Сделано в России»

Обгонят ли отечественные производители микроэлектроники США в сфере суперкомпьютеров?

Понятие «суперкомпьютер» – это не для «тик-токеров» и прочих хайперов. Суперкомпьютер – не игровой ноутбук на столе, а серьёзная «машина» из многих, и не мелких, составляющих. На предстоящем «Форуме микроэлектроники» в России покажут прототип отечественного 50-кубитного квантового компьютера и устройства энергонезависимой памяти.

Об этом в интервью СМИ сообщил президент РАН Геннадий Красников.

Но для начала нужно внести понимание: что такое 50-кубитный квантовый компьютер, и что такое кубит.

Бит или кубит?

Если говорить языком физики, то Кубит – это квантовый разряд, наименьший элемент для хранения информации в квантовом компьютере. Как и бит, кубит допускает два состояния – «0» и «1» (вспоминаем двоичный код), но при этом может принимать одновременно оба значения. Физически кубит на базе сверхпроводников представляет собой пластинку из кремния, на которую нанесены две тонкие, меньше микрона, плёнки алюминия. Между ними – диэлектрик из окиси алюминия.

Основная проблема в производстве кубитных компьютеров – сверхпроводники. Для поддержки так называемой сверхпроводимости нужны температуры, близкие к «абсолютному нулю» – минус 275 градусов по Цельсию. Алюминий становится сверхпроводником при температуре минус 272,15 градуса.

Такие температурные показатели можно достичь, но стоит это нереальных денег.

Но сначала посмотрим предысторию создания квантовых вычислителей на примере других «суперкомпьютеров», и сколько это стоит «за Океаном».

Cray

28 сентября 1925 года в Чиппеуа Фоллс, штат Висконсин, родился Сеймур Роджер Крэй. Этот талантливый инженер и изобретатель создал один из лучших компьютеров (но до квантовых было ещё далеко). После окончания школы, в 1943 году, служил в американской армии оператором радиостанции и занимался расшифровкой японских сообщений.

В 1951 году он начал работать в Engineering Research Associates (ERA), которая специализируется на создании криптографического оборудования для Военно-Морских Сил США. А ещё в 1947 году ERA заключила контракт «Task 13» с ВМФ США, согласно которому они создают первый электронный компьютер с хранимой в памяти программой под названием «Atlas». И уже в конце 1950 года он запускается в Агентстве Национальной Безопасности (АНБ) США.

Новый проект в начале 1953 года выходит на рынок с названием UNIVAC 1103, составляя конкуренцию компьютеру IBM 701. Первую UNIVAC 1103 приобретают ВВС США, чтобы использовать в программе создания баллистических ракет на базе Eglin во Флориде.

Если не вникать в лишние подробности, то факты.

Когда Сеймур Крэй пришёл в Control Data Corporation, он создал первый полноценный компьютер CDC 1604, который работал на германиевых транзисторах вместо вакуумных электронных приборов. В 1960 году этот компьютер считался самым быстрым в мире. Но, при этом, ещё тогда купить этот Cray дешевле 110 тысяч долларов США (по тем ценам(!)) было невозможно.

А потом деньги, что называется, потекли рекой. Стоимость Cray-2 в 1985 году составляла 17,6 млн долларов. В 1990 году специально для Ливерморской национальной лаборатории в единственном экземпляре создан 8-процессорный Cray-2 стоимостью 19(!) млн долларов. К этому времени Сеймур Крэй отделился от Cray Research и создал Cray Computer Corp, чтобы работать над новым компьютером Cray-3 и поддерживать Cray-2.

И дальше – больше. Для чего?

В «Призме»

После банкротства Cray Computer Corporation Крэй, тем не менее, не собирался останавливаться. В 1996 году «компьютерный гений» основал новую компанию – SRC Computers. На основе вновь созданной базы Сеймур Крэй продолжил работу над Сгау-4. Этот суперкомпьютер должен был работать на 64-ёх процессорах и тактовой частоте 1 ГигаГерц. Это сейчас такие цифры уже не вызывают удивления, а в 1996-ом такие показатели выглядели как технологический прорыв – должен был появиться на свет самый быстрый компьютер на Земном шаре.

Но 22 сентября 1996 года Сеймур Крей попадает в автомобильную аварию. Он получает очень тяжелые травмы шеи и головы. И 5 октября 1996 года Сеймур Роджер Крэй, в возрасте 71 года, умирает от полученных травм.

Ничего не утверждаем, но как-то этот факт напоминает многие другие, когда учёные-разработчики или «разоблачители сильных мира сего» внезапно умирали в ДТП или при самоубийстве. Но это, повторим, только предположение.

Тут же на ум приходит и ещё одно предположение. Внутри своей страны власти США стремятся установить тоталитарную диктатуру, «Железную пяту» сверх-богатых. Для этого используется программа Prism и её «сёстры». Прослушка позволяет отследить возможных диссидентов и подавить, прежде чем... Контролируя тенденции, спецслужбы вовремя вбрасывают липовые теракты, ограничивают рамки дискуссий, направляют общественное мнение в нужном для них направлении.

Но это системы всё ещё работающие не на квантовых вычислениях.

Секунды вместо миллиардов лет?

Квантовый компьютер создавался в первую очередь для решения непростой задачи – разложение данных на простые числа. Ведь вся современная криптография основана на том, что никто не сможет быстро разложить число из 30–40 знаков (или больше) на простые множители. На обычном компьютере на это уйдёт миллиарды лет. Квантовый компьютер сможет это сделать примерно за 18 секунд.

В первую очередь, в создании квантовых вычислительных систем заинтересованы, естественно, спецслужбы любой страны. А теперь несколько цифр для сравнения.

Главный дата-центр Агентства Национальной безопасности (АНБ) США ввели в строй в 2013 году в штате Юта под кодовым названием «Bumblehive» («Шмель»). И тогда, десятилетие назад, стоимость строительства на площади почти 10 гектаров(!) оценивается в 1,5 млрд долларов.

Объём дискового хранилища «Шмеля» в 2013 году оценивали в 5 зеттабайт (это число – 5 плюс 21 ноль после 5). Для сравнения, в 2020 году мировой объём IP-трафика оценивается примерно в 250 эксабайт в месяц, то есть примерно 3 зеттабайта в год. С подводных межконтинентальных кабелей АНБ уже в 2013 году снимало 2 петабайта в час, а сейчас гораздо больше.

Вот так выглядит вычислительный центр АНБ, занимающий, повторим, площадь 10 гектаров.

А теперь ещё несколько познавательной информации. Чтобы этот «вычислительный монстр» мог работать бесперебойно, требуются: генераторы резервного питания и баки с топливом, которого хватает на трое суток работы дата-центра; резервуары с водой и насосы, пропускной способностью в 6,4 млн литров в сутки; и один из основных элементов – холодильники и теплообменники, через которые проходит вода, всего около 60 тысяч тонн охлаждающего оборудования.

Не говоря об отдельной собственной электрической подстанции для питания «монстра».

Есть и ещё дата-центры. В Форт-Миде, где находится штаб-квартира, расположен ещё один суперкомпьютер – для обеспечения оперативной деятельности АНБ. Также Центр обработки данных (ЦОД) в Сан-Антонио (Техас), криптологические центры в Джорджии. Их стоимость поскромнее «Шмеля» – 286 млн долларов и 300 миллионов. При этом надо учитывать тот факт, что это стоимость только на возведение этих ЦОДов, о суммах на обслуживание остаётся только догадываться. Плюс, надо помнить, что создание компьютеров Cray-1, Cray-2, Cray-3 обошлись в десятки миллионов долларов по ценам больше, чем 30-летней давности.

Создание квантовых суперкомпьютеров потребует, как минимум, на порядок больше денег.

Абсолютный ноль

Ещё в 2018 году американская корпорация IBM представила публике свою 20-кубитную квантовую вычислительную систему. Помимо этого, разработчики уже тогда заявили, что на подходе – 50-кубитный квантовый компьютер.

Сложность в создании 50-кубитного – обеспечить «квантовое превосходство» над обычным компьютером, для этого нужно не менее 49 кубитов – а это очень неустойчивая система. Если проще, то если не соблюсти жёсткий режим охлаждения, то квантовый «супер» превращается в обычный «медленный» компьютер.

Например, компания «D-Wave», которая уже производит квантовые компьютеры с немного меньшей мощностью, охлаждает атомы почти до абсолютного нуля (это температура жидкого гелия – минус 275 градусов по Цельсию), чтобы отсечь все внешние процессы. Поэтому кубитные компьютеры напоминают немаленькие шкафы ЭВМ 60-х–70-х годов: почти всё место занимает защита для квантового процессора.

А производство жидкого гелия, его «заправка» в системы охлаждения и обслуживание всего этого оборудования выливаются в немалые деньги.

Создан?

С 2020 года Правительство РФ приняло так называемую дорожную карту «Квантовые вычисления». Финансируется эта программа Государством в паритете с госкорпорацией «Росатом» – по 12 млрд рублей. По идее, к концу нынешнего года дорожная карта должна быть профинансирована в размере 24 миллиардов.

Универсальный квантовый вычислитель на ионной платформе с 50 кубитами в настоящий момент является самым мощным квантовым компьютером в России. Доступ к нему осуществляется через облачную платформу, с помощью которой могут быть запущены базовые квантовые алгоритмы. В числе создателей «50-кубитного квантового»: научная группа Российского квантового центра (РКЦ) и Физического института им. П. Н. Лебедева РАН (ФИАН). Экспертную поддержку реализации Дорожной карты оказывает Российская академия наук.

Как прокомментировал событие один из разработчиков 50-кубитного квантового компьютера Илья Семериков, руководитель группы «Масштабируемые ионные квантовые вычисления» РКЦ: «Все ключевые технологии для нашего квантового компьютера мы сделали сами. Также в нём довольно много оригинальных идей. Например, наша ионная ловушка выполнена из меди. Насколько мы знаем, ни в одной лаборатории в мире никто такого не делает». Напомним, зарубежные разработчики производят «подложки» на основе кремния и алюминия.

Но, вот вопрос. Дорожная карта по «Квантовым вычислениям» принималась ещё в 2020 году. Тогда, хоть и были уже введены антироссийские санкции, но ещё не началась СВО.

24 миллиарда рублей на внедрение дорожной карты могут оказаться мизером по сравнению с требуемыми средствами на обслуживание созданного «квантового».

Кроме этого, власти страны рассчитывают на рост и в других высокотехнологичных сферах. Однако, чтобы добиться этого, как показывает опыт других стран, нужны преференции и льготы. Например, в Европе, когда строится фабрика микрочипов, власти выделяют на её поддержку средства, исходя из расчёта – около 1 млн Евро на одно новое рабочее место.

Плюс к этому, идут разговоры о создании в России клона «Старлинка» Илона Маска. Предполагаемые затраты – почти 500 миллиардов(!) рублей. И разработкой системы спутниковой связи займётся компания, принадлежащая неизвестно кому. Подробнее об этом уже рассказывала «Версия».

Выдержит ли бюджет России такие траты в это непростое для страны время?..