Суперкомпютърът "Титани" Са Изправени Пред Огромни Енергийни Разходи

{h1}

Следващото поколение суперкомпютри може да преобрази науката и обществото, но само ако те могат да разрешат огромен проблем с властта.

Суперкомпютри с размер на склад, струващи от 1 до 100 милиона долара, могат да изглеждат толкова далечни от обикновените лаптопи и таблети, колкото гръцките безсмъртни на планината Олимп. И все пак следващият голям скок в суперкомпютрите може не само да трансформира науката и иновациите в САЩ, но и да постави много повече изчислителна мощ в ръцете на потребителите.

Следващото поколение "екскаскални" суперкомпютри може да извърши 1 милиард милиарда изчисления в секунда - 1000 пъти по-добри от най-мощните суперкомпютри днес. Такива суперкомпютри могат точно да симулират двигатели с вътрешно горене на автомобили, реактивни двигатели и дори реактори за ядрен синтез за първи път. Те също биха позволили модели на SimEarth на планетата до мащаба на 1 километър (в сравнение с 50 или 100 км днес) или симулации на живи клетки, които включват молекулно, химическо, генетично и биологично ниво наведнъж.

„Почти всяка област на науката се движи днес от теория, експеримент и симулация“, казва Стив Скот, главен технологичен директор на бизнес звеното Tesla в NVIDIA. "Учените използват машини, за да управляват виртуално преживяване, за да разберат света около нас."

Но бъдещето на суперкомпютрите има потресаващи енергийни разходи - само на един изключителен суперкомпютър ще трябва мощността, еквивалентна на максималната мощност на язовира Хувър. За да заобиколят този проблем, компютърните учени и математиците трябва да създадат изцяло нов тип компютърна архитектура, който да печели енергийната ефективност.

Симулации на протеин, генериран от Cray X-T (Jaguar) в Националната лаборатория Oak Ridge и Blue Gene / P в Argonne National Laboratory.

Симулации на протеин, генериран от Cray X-T (Jaguar) в Националната лаборатория Oak Ridge и Blue Gene / P в Argonne National Laboratory.

Кредит: Бенуа Ру, Национална лаборатория на Аргон и Чикагския университет

Изследователи се събраха, за да обсъдят тези предизвикателства по време на семинар, проведен от Института за компютърни и експериментални изследвания по математика към Браун университет през януари.

„Стигнахме до момента, в който съществуващите технологии ни отвеждат, доколкото можем да стигнем с сегашните модели“, казва Джил Пифър, директор на ICERM. „Увеличаваме изчислителната мощност с 1000 пъти на всеки няколко години за известно време, но сега вече достигнахме границите“.

Можем да ги възстановим

Компютърните инженери успяват да изтласкат двойно броя на транзисторите в едно и също пространство на микрочипове на всеки няколко години - тенденция, известна като закон на Мур, тъй като поддържат постоянните изисквания за мощност. Но дори и да успеят да изтласкат достатъчно транзистори върху микрочип, за да направят възможно изчислителните изчисления, необходимата мощност става твърде голяма.

"Влизаме в свят, ограничен не от това колко транзистори можем да поставим чип или дали можем да ги часовник възможно най-бързо, а от топлината, която те генерират", заяви Скот пред InnovationNewsDaily. "Чипът ще изгори и ефективно се стопи."

Това изисква радикално преработване на компютърната архитектура, за да бъде тя много по-енергийна. Американското министерство на енергетиката иска да намери начин да направи страхотен суперкомпютър до 2020 г., който да използва по-малко от 20 мегавата мощност - около 100 пъти по-малко от максималната мощност на язовира Хувър от 2 074 мегавата, която би била необходима днес.

Извършването на суперкомпютър за екскаваленти днес ще изисква повече еквивалентна мощност на язовира Хувър.

Извършването на суперкомпютър за екскаваленти днес ще изисква повече еквивалентна мощност на язовира Хувър.

Кредит: САЩ, Министерство на вътрешните работи

Промяната на компютърната архитектура също изисква пренаписване на софтуерните програми, които работят на съвременните компютри. Задачата да разбера, че пъзелът попада на приложните математици.

"Когато се пише код, той се пише за компютри, където паметта е евтина", обясни Пайфър. "Сега, ако изграждате тези нови машини, ще трябва да опитате да пишете програми по различни начини."

Казваш CPU, казвам GPU

Днес най-бързите суперкомпютри приличат на стотици шкафове с размер на хладилник, опаковани в огромни стаи. Всеки от тези шкафове може да съхранява повече от 1000 централни процесорни единици (CPU), където един процесор е приблизително еквивалентен на "мозъка", който изпълнява инструкции за софтуерна програма в един лаптоп.

Последното поколение суперкомпютри от петамащаби (способни на 1 квадрилион изчисления в секунда) се получи чрез използване на хиляди процесори, свързани в мрежа. Но всеки процесор е проектиран да изпълнява няколко задачи възможно най-бързо с по-малко зачитане на енергийната ефективност и така процесорите няма да се справят с суперкомпютрите, които да се разминават.

Обещаващо решение идва от компания, добре позната сред PC геймърите. Преди около десетилетие NVIDIA създаде графични процесорни единици (GPU), които се фокусират върху ефективното изпълнение на много задачи - необходимост от създаване на богатата графика на видео или игра, която се играе на компютър.

Спестяването на енергия може да бъде огромно, когато графичен процесор използва почти 8 пъти по-малко енергия от процесор на компютърно изчисление или инструкция.

NVIDIA графични процесори, които помагат на компютрите да показват богати на графики игри като

NVIDIA графичните процесори, които помагат на компютрите да показват богати на графики игри като „Crysis 2“, могат също да помогнат за захранването на суперкомпютри утре.

Кредит: EA

„GPUS са проектирани първо с енергийна ефективност и не изпълняват бързо една задача“, каза Скот. "Ето защо те са уникално квалифицирани за това предизвикателство. Трябва да постигнем много по-голяма ефективност за това колко повече работа можем да свършим на ват [енергия]."

NVIDIA GPU вече се намират в три от най-бързите суперкомпютри в света, включително китайското Tianhe-1A на второ място. Графичните процесори ще увеличат и суперкомпютъра Titan на стойност 100 милиона долара, планиран за инсталиране в Националната лаборатория Oak Ridge в Оук Ридж, щата Тенеси - суперкомпютър от петашкала, който отново може да превърне САЩ в най-бързия суперкомпютър в света.

По-добри компютри за всички

Пътят към разширяващите се изчисления няма да е лесен, но NVIDIA има график за създаване на нови поколения графични процесори, които могат да доведат до такъв суперкомпютър през 2018 г. Очаква се GPU на компанията "Kepler" да извърши 5 милиарда изчисления на ват енергия, когато тя дебютира през 2012 г., докато следващото поколение „Maxwell“ GPU може да извърши 14 милиарда изчисления на ват до 2014 г.

Но NVIDIA не инвестира във високоефективни компютри, само за да изгради шепа огромни суперкомпютри всяка година - особено когато всяко поколение графични процесори струва около 1 милиард долара за разработване. Вместо това той вижда суперкомпютърната инвестиция, водеща до по-мощни компютри за много по-голям набор от клиенти сред бизнеса и частните лица.

Суперкомпютрите като XK6 на Cray може да предлагат още по-мощни компютърни опции за бизнеса и лабораториите.

Суперкомпютрите като XK6 на Cray може да предлагат още по-мощни компютърни опции за бизнеса и лабораториите.

Кредит: Cray

Същите микрочипове вътре в суперкомпютрите могат да се окажат вътре в домашния компютър на геймър, посочи Скот. В този смисъл всяко ново поколение по-мощни чипове в крайна сметка прави повече изчислителна мощност на разположение за по-евтини - до момента, в който най-редките суперкомпютри днес могат да станат по-обикновени утре.

Този резултат е по-малко обикновен от изключителен за напредък на науката и иновациите.

„Когато можете да изградите система с петакален размер за 100 000 долара, тя започва да става много достъпна дори за малки катедри в университет или дори за малки групи в частната индустрия“, каза Скот.

Тази история беше предоставена от InnovationNewsDaily, сестрински сайт на WordsSideKick.com. Можете да следите InnovationNewsDaily Старши писател Джеръми Хсу в Twitter @ScienceHsu, Следвайте InnovationNewsDaily в Twitter @News_Innovationили във Facebook.


Видео Добавка: Ерата на Измамата Алхимията и издигането образа на Звяра AGE OF DECEIT 2 Alchemy.




Изследване


Вътре В Трактор За Конкуренция
Вътре В Трактор За Конкуренция

Замръзва Ли Алкохолът?
Замръзва Ли Алкохолът?

Наука Новини


Зимно Слънцестоене Изгрев И Залез В Градовете На Сащ (Инфографика)
Зимно Слънцестоене Изгрев И Залез В Градовете На Сащ (Инфографика)

Отговор На 5 Експерти: Кой Е Най-Добрият Начин За Запазване На Зрението Ми?
Отговор На 5 Експерти: Кой Е Най-Добрият Начин За Запазване На Зрението Ми?

Снимки: Пресъздадени Изгубени Римски Маски
Снимки: Пресъздадени Изгубени Римски Маски

Време 101: Всичко За Вятъра И Дъжда
Време 101: Всичко За Вятъра И Дъжда

Какво Е Най-Дълго Живото Животно?
Какво Е Най-Дълго Живото Животно?


BG.WordsSideKick.com
Всички Права Запазени!
Възпроизвеждането На Използваните Материали Оставя Само Prostanovkoy Активна Връзка Към Сайта BG.WordsSideKick.com

© 2005–2020 BG.WordsSideKick.com