Суперкомпьютеры со 100 миллионами ядер появятся примерно в 2018 году

   В настоящее время идёт активная гонка суперкомпьютеров. Лаборатории разных стран стремятся создать возможно более мощные суперкомпьютеры, которые предназначены для решения некоторых из очень важных мировых проблем, включая изменение климата, необходимость в автомобильных аккумуляторах со сверхдолгим сроком работы, работающих термоядерных реакторов с плазмой, температура которой достигает 150 миллионов градусов Цельсия, создание био-топлива на основе сорняков, а не сельскохозяйственных культур и т.д.

   Суперкомпьютеры позволяют исследователям создавать трехмерную визуализацию, в некоторой степени похожую на современные видео-игры, запускающую бесконечный сценарий "что если" со всё более тонкой детализацией. Но даже такие большие суперкомпьютеры, как современные, не являются достаточно большими, и одной из ключевых тем для 11000 человек, которые собираются в Портленде, штат Орегон, на 22-ю ежегодную конференцию по суперкомпьютерам SC09, будет постановка следующей цели: экза-системы, то есть компьютеры с производительностью порядка экзафлоп (10¹⁸флоп).

   Производительность современных суперкомпьютеров намного меньше экзафлоп. Согласно последнему рейтингу самых быстрых в мире компьютеров, TOP500, сейчас на первом месте по производительности находится система Cray XT5, в которой 224256 вычислительных ядер. Этот суперкомпьютер, носящий название Jaguar, собран на основе шестиядерных процессоров AMD Opteron и способен достичь пиковой производительности 2.3 петафлоп (2.3х10¹⁵флоп).

   Министерство энергетики США уже начало проведение семинаров по созданию системы с мощностью, в 1000 раз превышающую мощность современных супекомпьютеров, экза-системы. Правительства других стран также принимают активное участие в создании суперкомпьютеров. Экза-системы будут необходимы для создания и обсчёта климатических моделей с высоким разрешением, для разработки и исследований био-энергетических продуктов, проектирования систем, использующих термоядерную энергию и т.д. "Есть серьезные проблемы экза-класса, которые просто не могут быть решены за разумное время с компьютерами, которые мы имеем сегодня", ─ сказал представитель министерства.

   Как бы ни были удивительны суперкомпьютеры, они всё ещё остаются довольно примитивными, и современные конструкции используют слишком много энергии, пространства и средств. Только в 1997 году впервые был преодолён барьер в 1 терафлоп, компьютер ASCI Red из Национальной лаборатории Сандиа достиг производительности в один триллион операций в секунду. В 2008 году компьютер Roadrunner из Лос-Аламосской национальной лаборатории достиг 1 петафлоп, или тысячи триллионов (один квадриллион) операций с плавающей запятой в секунду. Министерство энергетики США, которое отвечает за финансирование многих из крупнейших в мире систем, хочет, чтобы где-то в 2011-13 были готовы две системы, производительность которых достигнет приблизительно 10 петафлоп. Однако следующей серьёзной вехой в увеличении мощи суперкомпьютеров является достижение экзафлопа, миллиона триллионов операций в секунду (один пентильон). Это в 1000 раз быстрее, чем петафлоп.

   Вероятно, экзафлоп будет достигнут в 2018 году. Ожидается, что большие скачки производительности будут происходить каждые десять лет, или около того. Косвенно это может подтвердить закон Мура, согласно которому количество транзисторов на чипе будет удваиваться каждые 18 месяцев или около того. Но проблемы, связанные с созданием экза-систем, выходят далеко за рамки закона Мура.

   Для работы суперкомпьютера Jaguar требуется 7 мегаватт или 7 миллионов ватт энергии. Экза-система на основе CPU потребляла бы 2ГВт, или два миллиарда ватт, говорит Дэйв Турек (Dave Turek), вице-президент IBM. "Это примерно размер средней атомной электростанции. Это предложение неприемлемо для будущего", ─ сказал он. Сейчас проблема снижения потребляемой мощности суперкомпьютеров является одной из главных, вместе с проблемой конфигурации системы. Исследователи всё чаще склонны использовать гибридные подходы, сочетая сопроцессоры и ускорители с процессорами в попытке сократить энергопотребление. Например, Roadrunner, который потребляет 3.9 мегаватта, достиг чуть более одного петафлопа. В этом суперкомпьютере используется довольно сложная гибридная архитектура с процессорами AMD, Cell и синергетическими процессорными элементами.

   По оценкам специалистов, для достижения экзафлопа потребуется создать систему с количеством ядер от 10 миллионов до 100 миллионов, причём более вероятно второе число. При этом такая система должна будет использовать меньше памяти на ядро, и ей понадобится более широкая шина памяти. Компания IBM собирается создать экза-систему, потребляющую не больше 20 мегаватт и занимающую 70 до 80 стоек. С этой целью производитель планирует разработать гибридную систему, в значительной степени полагающуюся на мощь ускорителей, которая будет предназначена для обработки конкретных приложений. Экза-системы общего назначения, без сомнения, появятся, но это произойдёт несколько позже.