Суперкомпьютеры постоянно представлялись особым классом вычислительной техники. Потому, что строят такие автомобили для ответа задач необыкновенных, то и бюджеты имеют необыкновенные, а это, со своей стороны, давало чувство нескончаемых возможностей: казалось, неприятность неизменно лишь в деньгах и, влей ещё дюжина–второй миллионов, производительность возможно наращивать вечно. Произошедшее в годы и последние месяцы и выраженное свежим перечнем 500 самых замечательных числогрызов планеты — известным вам TOP500.org — даёт, но, предлог утверждать, что «бесконечность» кончилась. Суперкомпьютеры первыми из современных компьютерных совокупностей ткнулись в физический предел возможностей полупроводниковой электроники — и для них в первую очередь нужно сейчас найти выход из тупика. Новую разработку компьютинга.
Формальной зацепкой для для того чтобы далекоидущего утверждения стала необычная закономерность, подмеченная составителями названного выше перечня. Топ-500 обновляется каждые полгода, и в верхних позициях его последней версии, опубликованной несколько дней назад, трансформаций практически не случилось (в десятку «лучших» добавился всего один новый участник, да суммарная производительность всех пяти сотен автомобилей мало выросла, с 0,223 до 0,250 эксафлопс). Но произошла качественная неспециализированная перемена: «центр тяжести» перечня сместился в верхнюю его часть, либо, говоря несложнее, главная вычислительная мощь сейчас сконцентрирована в относительно маленьком (исторически — рекордно малом) количестве самых стремительных автомобилей. Выглядит это так: добрая половина кумулятивной мощи Топ-450 обеспечивается всего лишь 17 первыми компьютерами перечня. Тренд данный обозначился не день назад, но за последние шесть лет оформился так, что над ним стоит задуматься.
Единого несомненного объяснения нет. Одно из самых убедительных — денежное: за последние годы суперкомпьютеры стали очень сильно дороже (приблизительно в четыре раза, в сравнении, скажем, с числогрызами середины “нулевых”), а потому дешёвы сейчас только довольно немногим крупным компаниям и государственным агентствам. Вдобавок покупатели и конструкторы новых не через чур замечательных автомобилей не стремятся засветиться в рейтинге, дабы не портить себе имидж. Так и получается, что чем дальше, тем бросче проявляется тренд: сильные становятся сильней, не сильный нелинейно скоро отстают.
Серьёзный вывод: суперкомпьютеры не прекратили быть нужными, они только стали менее дешёвыми. Но как же неумирающий закон Мура? Разве он не должен компенсировать рост стоимостей более плотной компоновкой и увеличением производительности? Вот тут-то и всплывает основное подозрение. Похоже, мы вышли на финишную прямую, где закон Мура хоть ещё и трудится, но воспользоваться им уже через чур дорого для большинства игроков.
Итог учёные формулируют так: за неимением прорывных разработок, каковые одним скачком обеспечили бы недостижимую ранее скорость вычислений, суперкомпьютерная индустрия вынуждена двигаться по экстенсивному пути — тупо наращивая численность процессоров на собственных автомобилях. А также хуже того: потому, что таковой путь не может удовлетворить аппетиты пользователей (а числогрызы традиционно не только инструмент для обработки данных, но ещё и метод утвердить корпоративный и национальный авторитет), конструкторы сделали ставку на графические акселераторы, каковые, скажем так, пригодны для ответа не всяких задач. Численность суперкомпьютеров, деятельно применяющих GPU, выросла за последние пять лет на порядок!
Roadrunner: 2008, 1,026 петафлопс, $100 млн.
В этот самый момент весьма кстати отыскать в памяти про готовящуюся замену известного теста Linpack, что сначала публикации Топ-500 (двадцать лет назад) является главным мерилом производительности суперкомпьютерных совокупностей. Заменить его предлагается на сравнительно не так давно созданный тест HPCG (High Performance Conjugate Gradient). Обстоятельство: Linpack — написанный на «Фортране» аж во второй половине 70-ых годов двадцатого века — отражает подлинную производительность измеряемых совокупностей неудовлетворительно и расхождение растёт.
По большому счету, внятно растолковать отличие Linpack от HPCG не имеет возможности кроме того их неспециализированный соавтор Джек Донгарра. Но, очень сильно упрощая, отличие возможно свести к следующему: Linpack оценивает в основном свойство суперкомпьютера к чистым вычислениям (что охотно делают GPU-акселераторы), в то время как HPCG учитывает ещё и серьёзную при ответе практических научных и технических задач производительность внутренних коммуникаций (другими словами нередкое нерегулярное обращение к памяти, к примеру).
HPCG в случае если и не заменит, то дополнит Linpack уже через пара лет «обкатки» (кому весьма интересно, исходники дешёвы под BSD-лицензией с сайта лабораторий Sandia). И это может привести к большим перестановкам по всему перечню Топ-500, возврату в него небольших участников, каковые начнут получать более высокие, более честные оценки, а также внесению корректировок в архитектуру суперкомпьютеров, в то время, когда их прекратят оптимизировать под Linpack. Хоть на последнее, само собой разумеется, в особенности сохранять надежду не нужно — так как прорывной технологии компьютинга так же, как и прежде нет!
Tianhe-2: 2013 год, 33,8 петафлопс, $390 млн.
А без прорывов в мире числогрызов воцарилась скука. Как выстроить более замечательную машину? Поставить больше процессоров – соответственно, отыскать больше денег. Но реалии таковы, что параллелизация практических задач выше некоего (и уже достигнутого) уровня не приносит выигрыша в скорости, да и самые замечательные суперкомпьютеры уже так дороги, что эксплуатация и постройка их по карману единицам, о чём шла обращение выше. В следствии суперкомпьютерный ручеёк пересыхает. Это финиш технологической эры, финиш полупроводников в том виде, в каком мы знали их последние пятьдесят лет. И пока не найдётся разработке, талантливой вывести компьютерную производительность на новый уровень, мы так и будем топтаться на месте, ограничиваясь годовым инкрементом в пара процентов.
Что может обеспечить таковой рывок? Западная пресса засматривается на нанотрубки, из которых ребятам в Стэнфорде удалось выстроить одномерные полярные транзисторы (CNFET), обучиться делать микросхемы с гарантированной функциональностью (основная неприятность: всё ещё тяжело избежать солидного числа неправильно уложенных нанотрубок) а также выстроить MIPS-совместимый компьютер, показанный именно несколько дней назад, на суперкомпьютерной конференции ACM/IEEE SC13 («Компьютерра» писала об этом проекте: см. «От кремния к углероду»). В возможности эта разработка способна дать 13-кратное превосходство в производительности на единицу энергопотребления к полупроводниковым чипам. Весьма интересно, занимается ли нанотрубками кто-то у нас?