IBM обещает науке пятисоткратный прорыв в супервычислениях (Статья для перевода)

Текст№7.

IBMобещает науке пятисоткратный прорыв в супервычислениях.

Биологи провозглашают проект по созданию “педафлоп” компьютера, ценой в $ 100.000.000 , как проект, который перевернёт наше понимание о биологии клетки. Компьютер, прозванный “Синие Гены”, будет примерно в 500 раз быстрее самого мощного современного суперкомпьютера.

Компьютерные ученые говорят, что запланированная машина, особенности которой были представлены на прошлой неделе, является первым большим прорывом в компьютерной архитектуре за десятилетия.

IBM создаст программу,  которая попытается  смоделировать процесс сворачивания белка, и большая часть затрат исследований, будет идти на создание программного обеспечения. Будут вовлечены 50 ученых от IBM Института Развития Мощных Вычислений и Группы Биологии Вычислений, и прочие академики со стороны.

Но “железо” “Синего Гена” не будут сделано под эту задачу и, если проект IBM заработает, это будет означать появления всех научных дисциплин “педафлоп” компьютеров. Они смогут выполнять больше  чем квадрильон операций с плавающей запятой в секунду - приблизительно в два миллиона раз мощнее, чем самые мощные сегодняшние компьютеры. Большинство экспертов предсказало, что основные технологические трудности отложили бы появление “педафлоп” компьютера примерно до 2015.

"На самом деле IBM делает его", - говорит Джордж Лэйк, ученый из Вашингтонского университета и, кроме того, ученый НАСА, проектирующий высокоэффективные вычисления для Земной и космической науки. IBM показывает своё лидерство, создавая новое поколение суперкомпьютеров, говорит он.

Самыми большими технологическими проблемами в построении “педафлоп” машины была задержка - увеличение скорости, с которой микросхема обращается к памяти, и снижение потребляемой электроэнергии. Педафлоп, использующий обычные микросхемы потреблял бы почти один миллиард ватт. IBM рассчитывает, что “Синий Ген”, будет потреблять только один миллион ватт.

Хотя скорость процессора увеличивалась экспоненциально, время получения данных из памяти у суперкомпьютера, 300 наносекунд, менее чем в два раза меньше, того, сколько это занимало времени 20 лет назад. Помещение все большего и большего количества транзисторов на микросхему, вряд ли, приведёт к намного большей скорости.

"Мы начинаем работать с нуля, полностью игнорируя то, что было ранее, и думаем, как  бы получить самую высокую производительность из кремния", - говорит Монти Денно, ученый из IBM Исследовательского центра Томаса Дж. Уотсона в Йорктаун Хайтс, Нью-Йорк - помогающий в архитектуре “Синего Гена”.

Арвинд, профессор информатики в Массачусетском Технологическом Институте, которого считают одним из лучших ученых по компьютерной архитектуре, приветствует подход IBM. "IBM сделало очень большие шаги в переделывании архитектуры вычислительной системы, для того, чтобы пробовать обойтись без компонентов, которые сильно потребляют энергию; все исследования были посвящены этой проблеме и  объединены".

              Одно из новшеств IBM - использование прототипа технологии, которая объединяет процессор и память на одной микросхеме, что радикально уменьшает время отклика и период пропускания, в который процессор обращается к памяти, а кроме этого, понизилась потребляемая мощность.

              Деннео утверждает, что задержка у микросхем “Синего Гена” снижается всего лишь до 10 наносекунд. Скорость “Синего Гена” такова, что он мог бы закачать весь Интернет, приблизительно 100 терабайт, меньше чем через одну секунду.

    Арвинд говорит, что, не смотря на то, что это и  существенное усовершенствование, но этого недостаточно, чтобы обеспечить непрерывное сообщение между процессором и памятью, и нехватка в скорости обработки все еще существует. Простое решение состоит в том, чтобы поместить высокоскоростную память, или “кэш”, перед процессором, и использовать ее для наиболее часто используемых команд и данных. Процессор сможет обращаться к ним намного быстрее, чем к командам и данным в оперативной памяти.

Проблема, с которой столкнулись проектировщики компьютеров “Педафлоп” состоит в том, что “кэши” потребляют огромное количество энергии. "Настоящее новшество IBM, это обходиться без “кэша”, - говорит Арвинд. Чтобы сделать это, IBM обратилась к другой технологии: многопоточность.

Каждый из миллиона процессоров “Синего Гена” выполняет одновременно восемь задач, или потоков. Если один набор потоков занят, тут же начинает работать следующий. "Ни у кого не было попыток создать многопоточность на таком уровне", - говорит Арвинд. "Современные суперкомпьютеры еще не имеет таких функций".

Когда будет создан “Синий Ген”, он будет обладать миллионом процессоров, каждый из которых будет способен осуществлять миллиарду операций в секунду (гигафлоп), каждые 32 будут помещены на отдельную микросхему. Плата, содержащая 64 этих микросхемы, была бы способна к 2 терафлопам, эквивалент Asci Red, самому мощному суперкомпьютеру в мире, в Национальной Лаборатории Сандии, Нью-Мексико. Asci Red распределяет задачи между приблизительно 10000 Пентиум Про микросхемами, и стоят почти 60 миллионов $. Восемь из этих плат должны быть помещены в стойки 2 метра высотой, и 64 стойки должны объединится, чтобы выполнить одну педафлоп операцию.

Деннео признает, что суперкомпьютеры начинают состязаться с кластерамиPC и рабочими станциями, которые могут направлять мощности суперкомпьютера в соответствии с ценами (op. cit.). Но он говорит, что они все еще слишком медленны или ненадежны для приложений, требующих напряженной связи и малого времени ожидания.

Стоимость создания “Синего Гена” будет всего лишь частью полной стоимости Asci Red, добавляет Деннео, благодаря секретной запатентованной технологии гравировки кремния в громоздкие микросхемы. Большинство затрат будут составлять изобретение параллельных вычислительных моделей и методологий программирования.

Основной недостаток “Синего Гена”, говорит один ученый, что это относительно недолгая память. Арвинд говорит, что надежность этой машины, совсем ещё неопределенна. "Собрать “Педафлоп” компьютер за 5 лет - очень большое дело", - он говорит. "Это может быть просто  невозможно".