Говорим "суперкомпьютер будущего", подразумеваем "NVIDIA"?

На первый взгляд может показаться, что суперкомпьютеры размером с авиационный ангар и стоимостью от $1 млн до $100 млн несоизмеримо далеко отстоят от привычных ноутбуков и планшетников. Тем не менее, следующий большой скачок в суперкомпьютерах мог бы не только совершить инновационный переворот в мировой науке, но и предоставить потребителям невиданный объем вычислительных мощностей.

Суперкомпьютеры следующего поколения "exascale" могли бы выполнять 1 миллиард миллиардов операций в секунду – в тысячу раз больше, чем самые мощные суперкомпьютеры сегодня. Такие суперкомпьютеры, к примеру, могут точно имитировать двигатели внутреннего сгорания автомобилей, двигатели реактивного самолета и даже ядерные реакторы. Они также позволят создавать модели планет вплоть до километрового масштаба (по сравнению с 50 или 100 км в настоящее время), или моделировать живые клетки на  молекулярном, химическом, генетическом и биологическом уровнях одновременно.

Однако будущее суперкомпьютеров связано с ошеломляющими затратами энергии. Достаточно сказать, что суммарной мощности всех гидрогенераторов, установленных на крупнейшей в мире Красноярской ГЭС хватило бы на питание всего лишь трех таких вычислительных систем. Чтобы обойти эту проблему, программисты и математики должны придумать совершенно новый, небывалый по энергоэффективности тип компьютерной архитектуры

.

Компьютерные инженеры за каждые несколько лет научились втискивать в кристалл микрочипа на одной и той же площади  вдвое больше транзисторов - тенденция, известная как закон Мура , – сохраняя при этом все требования к устойчивому питанию. Но даже если бы они могли разместить на микрочипе достаточное количество транзисторов, чтобы реализовать вычислительные возможности exascale, мощность такой микросборки станет непомерно большой.

Наступила эпоха, когда производительность компьютерных систем определяется не  количеством транзисторов, размещенных в чипе, или их быстродействием, а теплом, которое они производят. При дальнейшем наращивании вычислительных мощностей по существующим технологиям чип будет нагреваться вплоть до расплавления.

Перспективное решение исходит от компании, хорошо известной любителям компьютерных игр. Около десяти лет назад компанией NVIDIA созданы графические процессоры (GPU), предназначенные для эффективного выполнения множества задач – от создания насыщенных графикой видеоизображений до отображения сложных графических сюжетов в компьютерных играх.

Высокая энергоэффективность GPU NVIDIA обусловлена тем, что, в отличие от многозадачных ЦПУ, они нацелены на быстрое выполнение одной задачи, сохраняя благодаря этому энергетический ресурс для обработки графической информации.

Графические процессоры NVIDIA уже установлены в трех самых быстрых в мире суперкомпьютерах, в том числе китайском Tianhe-1A, занимающем второе место в мировом рейтинге скоростных компьютеров. Именно их применение поднимет до $100 млн стоимость суперкомпьютера петабайтного уровня Titan, установка которого планируется в Oak Ridge National Laboratory в Ок-Ридже, штат Теннеси. Этот амбициозный план может еще раз сделать США родиной самого быстрого суперкомпьютера в мире.

С учетом того, что GPU использует энергии почти в 8 раз меньше, чем затрачивает для расчетов или выполнения инструкций центральный процессор компьютера, экономия энергии здесь может быть огромной. Дорога к exascale будет нелегка, но NVIDIA имеет перспективный план разработки новых поколений графических процессоров, согласно которому создание exascale-суперкомпьютера предусматривается в 2018 году.

По мнению разработчиков система петабайтного уровня за $100 000, будет доступна  для небольших университетских отделов или даже небольших групп в частном секторе.