ژاپن در حال آماده‌سازی برای بازپس‌گیری جایگاه خود در خط مقدم محاسبات با کارایی بالا با FugakuNEXT است؛ یک ابررایانه هیبریدی هوش مصنوعی-HPC که برای فراتر رفتن از مقیاس اگزاسکیل و ورود به قلمرو ناشناخته زتا-اسکیل طراحی شده است. این پروژه که در مراسمی در توکیو در ۲۲ آگوست اعلام شد، نشان‌دهنده همکاری بزرگی بین RIKEN، فوجیتسو و برای اولین بار انویدیا است که زیرساخت‌های مستقل ژاپن و فناوری پردازنده‌های گرافیکی ایالات متحده را در سیستمی که برای دهه آینده چالش‌های علمی و صنعتی ساخته شده است، گرد هم می‌آورد.

فوگاکو، که در سال ۲۰۲۰ نصب شد، به مدت دو سال جایگاه برتر جهان را در اختیار داشت و نقش مهمی در طول همه‌گیری کووید-۱۹ ایفا کرد، جایی که شبیه‌سازی‌های آن به هدایت تحقیقات و تلاش‌های واکنش کمک کرد. امروز، این ابررایانه همچنان در رتبه هفتم جهانی قرار دارد، اما ژاپن از هم‌اکنون به آینده می‌نگرد. FugakuNEXT انتظار می‌رود حدود سال ۲۰۳۰ در پردیس کوبه RIKEN در جزیره پورت، با بودجه توسعه‌ای بیش از ۱۱۰ میلیارد ین (۷۴۰ میلیون دلار آمریکا) راه‌اندازی شود. این جدیدترین نمونه در سلسله ابررایانه‌های پرچم‌دار ژاپنی است – از شبیه‌ساز زمین در سال ۲۰۰۲ تا رایانه K در سال ۲۰۱۱ و خود فوگاکو – که هر یک زمانی تاج سرعت محاسباتی را در اختیار داشتند.

برخلاف پیشینیان خود، FugakuNEXT پردازنده‌های گرافیکی را به عنوان یک عنصر طراحی مرکزی ادغام خواهد کرد. فوجیتسو پردازنده‌های مرکزی جدید MONAKA-X را توسعه خواهد داد، در حالی که انویدیا پردازنده‌های گرافیکی را تامین کرده و در طراحی شبکه اتصال داخلی از طریق NVLink Fusion، یک پل با پهنای باند بالا بین CPU و GPU، همکاری خواهد کرد. نتیجه سیستمی خواهد بود که هم برای بارهای کاری شبیه‌سازی سنتی و هم برای برنامه‌های کاربردی هوش مصنوعی نسل بعدی ساخته شده است. RIKEN تاکید کرده است که این اولین سیستم پرچم‌دار ژاپن است که پردازنده‌های گرافیکی را به کار می‌گیرد، که نشان‌دهنده روند رو به رشد جهانی یکپارچه‌سازی محاسبات HPC و AI است.

RIKEN اهداف بسیار جاه‌طلبانه‌ای برای FugakuNEXT تعیین کرده است، که افزایش پنج برابری در عملکرد سخت‌افزاری نسبت به فوگاکوی اصلی را پیش‌بینی می‌کند، همراه با بهبودهای بیست برابری نرم‌افزاری و الگوریتمی از طریق بهینه‌سازی‌هایی مانند محاسبات با دقت ترکیبی و شبکه‌های عصبی آگاه از فیزیک. در مجموع، انتظار می‌رود این پیشرفت‌ها افزایش صد برابری عظیمی در عملکرد برنامه‌های کاربردی واقعی در مقایسه با ماشین‌های امروزی ارائه دهند.

اهداف اولیه، اوج عملکرد سیستم را در حدود ۶۰۰ اگزافلاپس در دقت پراکنده FP8 قرار می‌دهند، با پتانسیل تبدیل شدن به اولین ابررایانه زتا-مقیاس جهان. نکته مهم این است که RIKEN همچنین تایید کرده است که این جهش در عملکرد در همان مصرف برق چهل مگاواتی فوگاکو حاصل خواهد شد، که بر بهره‌وری انرژی به عنوان یک اصل اساسی پروژه تاکید می‌کند.

این موسسه همچنین FugakuNEXT را نه تنها به عنوان یک ارتقاء فنی، بلکه به عنوان یک پلتفرم یکپارچه AI-HPC و مدلی برای «هوش مصنوعی برای علم» معرفی می‌کند. با خودکارسازی جنبه‌های مختلف فرآیند تحقیق – از تولید فرضیه تا شبیه‌سازی و اعتبارسنجی آزمایش – این ماشین با هدف تسریع کشف در زمینه‌های متنوعی از جمله مدل‌سازی آب و هوا، توسعه دارو، تاب‌آوری در برابر بلایا و تولید پیشرفته عمل می‌کند.

مهم‌تر از آن، انویدیا نقش حیاتی ایفا خواهد کرد زیرا پشته نرم‌افزاری کامل آن در ابررایانه ادغام خواهد شد، از کتابخانه‌های CUDA-X برای شبیه‌سازی کوانتومی و علم داده تا TensorRT برای استنتاج و NeMo برای آموزش مدل‌های زبان بزرگ، که نشان‌دهنده نقش رو به رشد هوش مصنوعی به عنوان یک ابزار علمی است.

برای ژاپن، FugakuNEXT هم یک ابزار علمی و هم یک سرمایه‌گذاری استراتژیک است. دولت این پروژه را برای تقویت فناوری‌های نیمه‌رسانای داخلی و در عین حال قرار دادن ژاپن به عنوان یک رهبر جهانی در نوآوری هوش مصنوعی و HPC ضروری می‌داند. در مراسم راه‌اندازی، ساتوشی ماتسوکا، مدیر مرکز علوم محاسباتی RIKEN، همکاری با انویدیا را «یک حرکت استراتژیک بزرگ» خواند که نه تنها قابلیت‌های ژاپن را افزایش می‌دهد، بلکه پذیرش جهانی فناوری‌های CPU ژاپنی را نیز ترویج می‌کند.

با این حال، تیم سبز ارزان نیست، زیرا پیش‌بینی می‌شود FugakuNEXT بیش از سه چهارم میلیارد دلار هزینه داشته باشد، اما جاه‌طلبی‌های آن حتی بزرگ‌تر است: پیشگامی در یکپارچه‌سازی HPC و هوش مصنوعی در مقیاسی بی‌سابقه؛ خدمت به عنوان یک پلتفرم ملی برای تحقیق و صنعت، و تثبیت ژاپن به عنوان یک نیروی مرکزی در عصر زتا-اسکیل. در صورت موفقیت، این ابررایانه نه تنها جایگزین فوگاکو خواهد شد – بلکه می‌تواند نقش واقعی ابررایانه‌های ملی را در شکل‌دهی علم و جامعه بازتعریف کند.