วิกฤติศตวรรษที่21 | ซูเปอร์คอมพิวเตอร์และการนำหน้าของสหรัฐ

อนุช อาภาภิรม

สงครามการค้าสหรัฐ-จีน : สู่ขั้นใช้ยาแรง (30)

ซูเปอร์คอมพิวเตอร์เป็นคอมพิวเตอร์ที่ออกแบบให้สามารถคำนวณได้รวดเร็วยิ่งเป็นการเฉพาะ

ซูเปอร์คอมพิวเตอร์ในบางด้านคล้ายกับคอมพิวเตอร์ธรรมดาหลายเครื่องเชื่อมต่อกัน เพื่อการเก็บข้อมูลได้มากและคำนวณเร็วขึ้น

แต่ซูเปอร์คอมพิวเตอร์มีการออกแบบพิเศษให้สามารถประมวลผลแบบขนาน คือประมวลผลพร้อมกัน ไม่ต้องเข้าแถว รอให้เสร็จประมวลผลชุดหนึ่งจึงประมวลผลชุดต่อมาทำให้สามารถคำนวณได้เร็วขึ้นมาก

ซูเปอร์คอมพิวเตอร์ประกอบด้วยส่วนที่เป็นกลุ่มคอมพิวเตอร์ ที่มีเซิร์ฟเวอร์จำนวนมากเชื่อมต่อกัน มีหน่วยประมวลผลที่ทำงานเป็นอิสระของตน มีส่วนที่เก็บความจำทั้งหมดเชื่อมต่อเป็นเครือข่ายเดียวกัน

ดังนั้น แม้ว่าจะมีการคำนวณแบบขนานคล้ายต่างคนต่างทำ แต่ก็มีการรวมศูนย์ขึ้นมาเป็นระบบหรือโปรแกรมเดียวกัน

ซูเปอร์คอมพิวเตอร์ปัจจุบันแม้จะมีการพัฒนาให้มีความจำและคำนวณได้รวดเร็วยิ่ง ก็ยังคงมีขนาดใหญ่ ต้องใส่ในห้องปฏิบัติการที่ใหญ่เท่าสนามเทนนิสหลายสนาม หรือเท่ากับพื้นที่จอดรถ 40-50 คัน มีราคาแพงหลายร้อยล้านดอลลาร์สหรัฐ

นอกจากนี้ ยังคงใช้กำลังไฟฟ้ามาก เช่น ซูเปอร์คอมพิวเตอร์ไททันของกระทรวงพลังงานสหรัฐที่เริ่มทำงานในต้นปี 2013 กินไฟฟ้าถึง 8.2 เมกะวัตต์ (สามารถจุดหลอดไฟฟ้าขนาด 100 วัตต์ให้ติดพร้อมกันได้ราว 8 หมื่นดวง)

การกินไฟมากขนาดนั้นก่อให้เกิดความร้อนมหาศาล ต้องมีการออกแบบประการต่างๆ เพื่อระบายความร้อนนี้

ซูเปอร์คอมพิวเตอร์บางเครื่องใช้น้ำในการระบายความร้อน และต้องใช้น้ำหลายพันแกลลอนต่อนาทีเพื่อการนี้

นิยมวัดสมรรถนะการทำงานของซูเปอร์คอมพิวเตอร์ โดยการคำนวณว่าซูเปอร์คอมพิวเตอร์เครื่องนั้นๆ มีความสามารถในการปฏิบัติการจุดลอยตัวต่อวินาที (Floating point operation per second เรียกในภาษาไทยว่า ฟลอปส์) มากเพียงใด

มีนักวิทยาศาสตร์คอมพิวเตอร์ของมหาวิทยาลัยในสหรัฐและเยอรมนี ได้รวมตัวกันทำสถิติซูเปอร์คอมพิวเตอร์ที่มีความเร็วที่สุดของโลก 500 อันดับตั้งแต่ปี 1993 เป็นที่ยอมรับใช้อ้างอิงกันทั่วไป

จากการเก็บสถิติดังกล่าว นาน 26 ปี พบว่าซูเปอร์คอมพิวเตอร์มีการพัฒนาความเร็วขึ้นราวเท่าตัวทุก 14 เดือน

สำหรับรายงานล่าสุดในเดือนมิถุนายน 2019 ระบุว่า ซูเปอร์คอมพิวเตอร์ที่มีกำลังคำนวณมากที่สุดอันดับสุดท้าย สามารถคำนวณได้เร็ว ในทางปฏิบัติ ถึง 1.022 เพตาฟลอปส์ (กว่าพันล้านล้านครั้งต่อวินาที) นับเป็นครั้งแรกที่ซูเปอร์คอมพิวเตอร์ทั้ง 500 อันดับ มีอำนาจการคำนวณได้รวดเร็วถึงระดับเพตาฟลอปส์

คอมพิวเตอร์ที่เร็วที่สุดตามการจัดอันดับล่าสุดได้แก่เครื่อง “ซัมมิต” พัฒนาโดยบริษัทไอบีเอ็มของสหรัฐ สามารถคำนวณได้เร็วในทางปฏิบัติถึง 149 เพตาฟลอปส์ (ในทางทฤษฎี สูง 200 เพตาฟลอปส์) เครื่องของจีนมาเป็นอันดับที่สาม

ดังนั้น กล่าวได้ว่าการแข่งขันด้านซูเปอร์คอมพิวเตอร์ ก้าวไปสู่ระดับเอกซา หรือสามารถคำนวณได้ล้านล้านล้านครั้งต่อวินาที ซึ่งก็ไม่ได้อยู่ห่างไกลเลย

กระทรวงพลังงานสหรัฐเป็นเจ้าของโครงการมูลค่า 500 ล้านดอลลาร์ ในการพัฒนาซูเปอร์คอมพิวเตอร์ “ออโรรา” ระดับเอกซา คาดว่าจะใช้งานได้ในปี 2021

นักวิชาการสหรัฐที่เชื่อในเรื่องเอกฐานหรือซิงกูราลิตี้ทางเทคโนโลยีบางคนเห็นว่า เมื่อคอมพิวเตอร์พัฒนาถึงระดับเอกซาได้แล้วก็จะเปิดทางให้มนุษย์สามารถสร้างแบบโครงข่ายประสาทของสมองมนุษย์ได้ทั้งหมดในอนาคต

(ดูบทความชื่อ New algorithm will allow for simulating neural connections of entire brain in future exascale supercomputers ใน kurzweilai.net 21/03/2018)

การที่ “ซัมมิต” ขึ้นมาครองตำแหน่งซูเปอร์คอมพิวเตอร์ที่มีอำนาจคำนวณสูงสุด เป็นการฟื้นฟูฐานะสหรัฐในด้านซูเปอร์คอมพิวเตอร์ เคยเป็นถิ่นกำเนิดของเครื่องจักรแบบนี้

ซูเปอร์คอมพิวเตอร์รุ่นแรกเป็นของบรรษัทคอนโทรล ดาต้า รุ่น 6600 (เรียกในภาษาอังกฤษว่า CDC 6600)

บรรษัทนี้ได้สัญญาสร้างคอมพิวเตอร์ที่มีอำนาจคำนวณสูงจากกระทรวงกลาโหม สามารถสร้างคอมพิวเตอร์เมนเฟรม รุ่นซีดีซี 1604 แก่ ก.กลาโหมและหน่วยงานอื่นในปี 1960 ซึ่งเป็นแรงหนุนเนื่องให้ได้สัญญาจาก ก.กลาโหมและ ก.พลังงาน ในการสร้างคอมพิวเตอร์ที่มีอำนาจคำนวณสุดยอด จนสามารถสร้างซีดีซี 6600 ส่งมอบลูกค้าครั้งแรกปี 1964

เป็นคอมพิวเตอร์ที่มีความเร็วกว่าคอมพิวเตอร์ที่สามารถคำนวณได้เร็วสุดขณะนั้น 3 เท่า

และถือว่าเป็นซูเปอร์คอมพิวเตอร์ที่แท้จริง เซมัวร์ เครย์ (1925-1996) เป็นนักออกแบบคนสำคัญของบรรษัทนี้

แต่บรรษัทนี้มีกิจการด้านอี่น ได้แก่ การผลิตอุปกรณ์ต่อพ่วง (เช่น เมาส์และจอภาพ) และการให้บริการทางคอมพิวเตอร์ เครย์ได้ออกมาตั้งบริษัทเครย์ รีเสิร์ช ของเขาในปี 1972 เพื่อพัฒนาซูเปอร์คอมพิวเตอร์ตามความใฝ่ฝันของเขา

เขาสามารถพัฒนาซูเปอร์คอมพิวเตอร์สองรุ่น ได้แก่ เครย์-1 (ปี 1976) และเครย์-2 (1985)

ชื่อของเขาเป็นเหมือนตำนานเป็นเวลาหลายทศวรรษ จนได้ชื่อว่า เป็น “บิดาแห่งซูเปอร์คอมพิวเตอร์”

ซูเปอร์คอมพิวเตอร์รุ่นแรก ซีดีซี 6600 ที่มีใช้ไม่กี่เครื่องในปี 1964 มีความจำเพียง 982 กิโลไบต์ มีอำนาจคำนวณสูงสุดเพียง 3 เมกะฟลอบส์ (3 ล้านฟลอบส์) เทียบไม่ได้กับสมาร์ตโฟนสมัยใหม่ที่ทำงานได้เหมือนคอมพิวเตอร์ มีความจำหลายสิบกิกะไบต์ และมีอำนาจคำนวณหลายสิบกิกะฟลอปส์ (หลายพันล้านฟลอบส์)

นั่นคือสมาร์ตโฟนสมัยใหม่มีอำนาจในการคำนวณยิ่งกว่าซูเปอร์คอมพิวเตอร์ทุกตัว ที่องค์การนาซาใช้ในการส่งมนุษย์อวกาศสองคนไปลงบนดวงจันทร์ในปี 1969 การพัฒนาอย่างก้าวกระโดดของคอมพิวเตอร์ เร่งการแข่งขันที่หนักข้อขึ้น

การล้ำหน้าทางซูเปอร์คอมพิวเตอร์สหรัฐ พื้นฐานมาจากการพัฒนาชิพประมวลอย่างรวดเร็ว มีบริษัทด้านนี้ที่มีลักษณะครอบงำตลาด ได้แก่ บริษัทอินเทล ผู้ผลิตชิพซีพียู (หน่วยประมวลผลกลาง) ชั้นนำ

ซูเปอร์คอมพิวเตอร์เกือบทั้งหมดของโลกใช้ชิพของอินเทล

นอกจากนั้น ได้แก่ บริษัทเอ็นวิเดียที่ชำนาญในการผลิตชิพซีจียู (ประมวลผลกลางภาพกราฟิก) และมีบริษัทเอ็มดี ที่ผลิตทั้งชิพซีพียูและซีจียู

บริษัทเหล่านี้ได้ขยายความต้องการซูเปอร์คอมพิวเตอร์สู่ระดับล่างหรือระดับบุคคล ผลิตซูเปอร์คอมพิวเตอร์ส่วนบุคคลที่มีความเร็วสูง ขนาดเล็กใช้งานในออฟฟิศหรือบ้านได้ ในงานเฉพาะทาง ราคาไม่แพง (โดยทั่วไปต่ำกว่า 10,000 ดอลลาร์) ขึ้นจำหน่ายให้แก่นักวิทยาศาสตร์และวิศวกร ซึ่งได้รับการตอบสนองอย่างดี

ในสหรัฐความต้องการซูเปอร์คอมพิวเตอร์ส่วนบุคคลเพิ่มขึ้นร้อยละ 20 ต่อปี ระหว่างปี 2003 ถึง 2008

บริษัทที่เอางานเอาการในด้านนี้ได้แก่ เอ็นวิเดียผู้ผลิตชิพซีจียู ที่ประมวลผลเชิงกราฟิกได้ดี เป็นที่ต้องการของนักวิจัย

เพราะการประมวลผลทางกราฟิกช่วยให้เข้าถึงผลได้ง่ายและเร็วกว่าการประมวลผลข้อมูลแบบดิบๆ

ซูเปอร์คอมพิวเตอร์กับการใช้ประโยชน์

ซูเปอร์คอมพิวเตอร์เก่งในการคำนวณประมวลผลข้อมูลปริมาณใหญ่ด้วยความเร็วสูงอย่างเหลือเชื่อ โลกที่มนุษย์อาศัยอยู่ สังคมที่มนุษย์สร้างขึ้น รวมทั้งตัวมนุษย์เอง ล้วนเป็นระบบซับซ้อนที่มีองค์ประกอบจำนวนมาก เป็นพันล้านหรือหมื่นล้านหน่วย

เช่น จักรวาลนี้มีอายุราว 1.3 หมื่นล้านปี มีดวงดาวนับจำนวนไม่ถ้วน เฉพาะกาแล็กซี่ทางช้างเผือกก็มีมากนับแสนล้านดวง โลกมีอายุกว่า 4 พันล้านปี ประชากรโลกขณะนี้มีกว่า 7 พันล้านคน และคาดว่าจะสูงถึงราว 9 พันล้านคนในเวลาไม่นานนัก เซลล์ประสาทมนุษย์มีราว 1 แสนล้านเซลล์ แต่ละเซลล์มีจุดประสาน ประสาทหรือไซแนปส์ที่ต่อเชื่อมกับเซลล์อื่นอีกจำนวนมาก เหล่านี้เป็นจำนวนที่ยากจะเข้าใจได้ถ่องแท้ หรือจัดการได้อย่างจริงจัง โดยไม่อาศัยซูเปอร์คอมพิวเตอร์เป็นเครื่องมือ

เป็นที่สังเกตว่าวัฒนธรรมมนุษย์มีการพัฒนาจากการมีเครื่องมือหยาบไปสู่เครื่องมือละเอียด การคำนวณจำนวนน้อยสู่การคำนวณจำนวนมากขึ้น เช่น ในยุคหิน เครื่องมือหยาบมาก แบ่งเป็นหินเก่าและหินใหม่ที่เครื่องมือมีความละเอียดกว่า เมื่อถึงยุคโลหะเข้าสู่อารยธรรมเมือง การคำนวณก็ละเอียดลออขึ้น จำนวนมากขึ้น ตลอดเวลาดังกล่าวมนุษย์เพิ่มพูนความรู้ด้านต่างๆ ขณะที่ยังไม่รู้อะไรแน่ชัด หรือคำนวณไม่ได้ก็นิยมยกให้เป็นเรื่องของสิ่งศักดิ์สิทธิ์หรือสิ่งเหนือธรรมชาติ

ตั้งแต่การปฏิวัติอุตสาหกรรม มนุษย์ได้รู้ธรรมชาติลึกขึ้นไป อะไรที่รู้ได้ง่ายด้วยการคิดทางวิทยาศาสตร์ ก็สามารถรู้ได้จนแทบไม่มีอะไรจะให้รู้ต่อ ความรู้มนุษย์ขั้นต่อไปก็คือเข้าใจระบบซับซ้อนที่มีขนาดเล็กจิ๋ว และใหญ่มโหฬารจนสุดบรรยาย การพัฒนาซูเปอร์คอมพิวเตอร์ที่มีอำนาจการคำนวณเพิ่มขึ้นเรื่อยๆ นี้ ทำให้ไม่ชัดว่า ความรู้ของมนุษย์จะสิ้นสุดลงที่จุดใด

ประโยชน์ของซูเปอร์คอมพิวเตอร์ก็คือเป็นเครื่องมือสำคัญในการขยายความรับรู้ การควบคุมสิ่งแวดล้อม และการแข่งขันที่ลึกและดุเดือดขึ้น สรุปได้ดังนี้คือ

ก) การเข้าใจและสามารถใช้ประโยชน์หรือควบคุมโลกได้มากขึ้น เกิดวิชาวิทยาศาสตร์โลก เพิ่มพูนความรู้เกี่ยวกับแผ่นดินตั้งแต่เปลือกโลก เนื้อโลก ไปจนถึงแกนโลก นอกจากนี้ ยังรู้ส่วนที่เป็นน้ำและบรรยากาศ สหรัฐจัดตั้งองค์การบริหารสมุทรศาสตร์และบรรยากาศแห่งชาติขึ้น (NOAA) ประมวลข้อมูล คำนวณทางสถิติและคณิตศาสตร์ ทั่วประเทศและทั่วโลก ในซูเปอร์คอมพิวเตอร์ มีการใช้อุปกรณ์เซ็นเซอร์ระยะไกล เป็นต้น

ความรู้เหล่านี้นำมาใช้ประโยชน์ได้หลายประการ

เช่น การสำรวจทรัพยากรธรรมชาติ มีน้ำมันและก๊าซธรรมชาติ การเข้าใจเรื่องแผ่นดินไหว และภูเขาไฟระเบิด การเข้าใจบทบาทของมหาสมุทร การพยากรณ์อากาศ ติดตามปริมาณฝน

ไปจนถึงการศึกษาเรื่องโลกร้อนให้มีความแม่นยำขึ้น

จากความรู้เรื่องโลกร้อนมีการเสนอแนวคิดวิศวกรรมควบคุมภูมิอากาศโลก และมีข่าวลือเป็นระยะว่าจะมีการใช้แผ่นดินไหว ภูเขาไฟระเบิด ไปจนถึงพายุเฮอร์ริเคนเป็นอาวุธ

ข) การสำรวจอวกาศ จักรวาลวิทยา ดาราศาสตร์ ช่วยจำลองกำเนิดจักรวาล ที่ใกล้ตัวขึ้นได้แก่ การสร้างเศรษฐกิจอวกาศ และกองกำลังอวกาศ

ค) การศึกษาสิ่งที่เล็กขนาดอะตอมหรือเล็กกว่านั้น เพิ่มพูนความรู้ด้านกลศาสตร์ควอนตัม เช่น การค้นพบอนุภาคฮิกส์โบซอน ความรู้ทางด้านนี้ยังช่วยการทดลองระเบิดนิวเคลียร์ การพัฒนาควอนตัมคอมพิวเตอร์การออกแบบ เครื่องกำเนิดพลังงานแบบหลอมรวมอะตอม ทำให้มนุษย์มีพลังงานใช้เหมือนไม่สิ้นสุด

ง) ความรู้เกี่ยวกับมนุษย์และชีวิตอื่น สร้างองค์ความรู้เกี่ยวกับ

ก) โปรตีน เช่น การม้วนพับตัวของโปรตีน

ข) ยีนรวมของมนุษย์ไปจนถึงการสร้างโมเดลไข้หวัดหมู

และ ค) การทำงานสมองมนุษย์ สร้างโครงข่ายประสาทเทียม คล้ายสมองมนุษย์ ฝึกให้คอมพิวเตอร์เรียนรู้ด้วยตนเอง เช่น การพัฒนาโปรแกรมอัลฟาโกะ ในทางการแพทย์ช่วยการเข้าใจและรักษาโรคอัลไซเมอร์และมะเร็ง เป็นต้น

จ) งานด้านความมั่นคง เช่น สภาความมั่นคงแห่งชาติของสหรัฐ ใช้ซูเปอร์คอมพิวเตอร์เพื่อติดตามการสื่อสารระหว่างปัจเจกชน หรือจากองค์การที่ต้องสงสัยว่าจะก่อการร้าย ไปจนถึงรัฐบาลต่างๆ ทั่วโลก รัสเซียได้ชื่อว่ามีซูเปอร์คอมพิวเตอร์ด้านการทหารที่มีอำนาจการคำนวณสูงสุด เอ็นดีเอ็มซี ซึ่งออกเแบบเพื่อให้พยากรณ์พัฒนาการของความขัดแย้งทางกำลังทหาร สามารถวิเคราะห์สรุปสถานการณ์ และวิเคราะห์ภัยคุกคามที่จะเกิดขึ้นในอนาคต

ฉ) ประโยชน์ทางเศรษฐกิจ สกัดข่าวสารจากข้อมูลดิบปริมาณมหาศาลที่เกิดขึ้นในไซเบอร์ เช่น บริษัทธุรกิจ ใช้ข้อมูลจากเครื่องเก็บเงินเพื่อควบคุมคลังสินค้าหรือแนวโน้มของตลาด ยังใช้ในการออกแบบต่างๆ ตั้งแต่ยานยนต์ ไปจนถึงผ้าอ้อมเด็กสำเร็จรูป

ช) ประโยชน์ทางการบริหารจัดการระดับชาติและข้ามชาติ ในด้านนี้จีนใช้ประโยชน์มากกว่าสหรัฐอย่างเห็นได้ชัด ประการแรก เนื่องจากจำนวนประชากรจีนมากกว่าของสหรัฐหลายเท่าตัว ประการต่อมา จีนมีระบบการบริหารจัดการแบบรวมศูนย์หรือการวางแผนโดยรัฐและพรรคคอมมิวนิสต์จีน ซึ่งการวางแผนจะเกิดผลดีก็ต่อเมื่อวิเคราะห์สถานการณ์ได้ชัดเจน เห็นและสามารถควบคุมการไหลเวียนของสินค้า บริการ ผู้คน และเงินตรา ไปจนถึงการคาดคะเนแนวโน้มต่างๆ

ซึ่งซูเปอร์คอมพิวเตอร์สามารถทำงานได้อย่างดี

ดังนั้น ซูเปอร์คอมพิวเตอร์จึงเป็นเครื่องมือช่วยรักษาความรุ่งเรืองชาติและความชอบธรรมแก่พรรคคอมมิวนิสต์จีน

ฉบับต่อไปจะกล่าวถึงการก้าวสู่การเป็นผู้นำโลกด้านซูเปอร์คอมพิวเตอร์ของจีน และการแข่งขันเทคโนโลยีควอนตัมระหว่างสหรัฐ-จีน

บทความก่อนหน้านี้เรื่องสั้น | จงเอามันออกมา
บทความถัดไปดาวกับดวง 4 มกราคม 2563 : โดย พิมพ์พรร