Суперкомп'ютери втиснуть в 'кубик цукру'

Прототип ІВМ
Image caption Прототип "багатоповерхового" блоку мікропроцесорів з водяним охолодженням

Науковці компанії ІВМ кажуть, що в результаті новаторського дослідження суперкомп'ютер може бути зменшений до розмірів кубика цукру.

Новаторство полягає у тому, щоб багато комп'ютерних процесорів накладати один на одного, охолоджуючи їх водою, що протікає між кожним із них.

Мета полягає в тому, щоб знизити споживання енергії комп'ютерів, радше, ніж просто зменшити їх.

Близько 2% від загального споживання енергії в світі припадає на виготовлення та використання комп'ютерного обладнання.

У лабораторіях IBM в Цюриху д-р Бруно Мішель сказав, що майбутні витрати на комп'ютер будуть залежати не від швидкості, а від енергозберігаючих характеристик.

Д-р Мішель та його команда вже створили прототип для демонстрації принципів водяного охолодження.

Прототип, що називається Аквазар, займає стійку не більшу, ніж великий холодильник.

IBM вважає, що Аквазар на 50% енергоефективніший, ніж провідні суперкомп'ютери світу.

"У милому найбільше значення для комп’ютерів мала ціна головних деталей - 50 років тому один транзистор коштував долар чи франк," сказав Бі-Бі-Сі д-р Мішель.

Тепер, якщо підрахувати, то вартість одного транзистора складає 1/100 від вартості друкування однієї літери на сторінці.

Тепер питання ціни створенні нового покоління суперкомп'ютерів не є головним, вважають в IBM. Інженерів більше турбує вартість експлуатації машин.

"У майбутньому у вартості комп'ютеризації будуть домінувати енергетичні витрати – експлуатувати центр обробки даних буде коштувати дорожче, ніж побудувати його", сказав д-р Мішель.

Найбільшу частину цих витрат становлять витрати на енергію для охолодження, тому що обчислювальні потужності генерують тепло, як побічний продукт.

Куб – це майбутнє

Image caption Суперкомп'ютер Аквазар

"У минулому в списку 500 найшвидших суперкомп'ютерів у світі їх перераховували відповідно до рівнів продуктивності, - каже д-р Мішель. - У майбутньому в зеленому списку 500 суперкомп'ютерів світу їх влаштовуватимуть залежно від ефективності".

Донедавна суперкомп'ютер у верхній частині світового списку міг робити 770 млн. обчислювальних операцій за вартість одного Вт. електроенергії.

Прототип Aquasar накрутив майже в півтора рази більше, на рівні 1,1 трильйона операцій. Тепер завдання полягає у тому, щоб його зменшити.

"Зараз ми створили цю систему Aquasar у шафі, яка заповнена процесорами. Ми плануємо, що через 10 - 15 років, ми можемо втиснути таку систему в один кубик цукру."

Марк Стромберг, головний аналітик з компанії Ґартнер називає підхід перспективним. Але він каже, що багато роботи буде з тонкощами системи охолодження - для відводу тепла лише від потрібних частин накладених один на одного мікропроцесорів.

Третій вимір

Приблизно в 1000 разів більше енергії втрачається на те, щоб перемістити байт даних, ніж енергії на обчислення з ним після отримання.

Більше того, час, необхідний для завершення обчислень, зараз обмежується тим, як довго забирає це переміщення.

Певну частину цього можна забрати повітряним охолодженням, тому багато персональних комп'ютерів мають всередині вентилятори.

Проте певний об'єм води може утримувати в 4000 разів більше тепла, ніж повітря, хоч вода більше важить і забирає місця.

З урахуванням сучасних технологій, стандартний мікропроцесор, який має міліграм транзисторів, потребує 1 кг обладнання для охолодження, розповідає д-р Мішель.

Частина вирішення проблеми, яку пропонують він та його колеги, полягає у компактній системі водяного охолодження, створеній за принципом розгалуженої кровоносної системи людського тіла.

Проте інженери насамперед вивчають третій вимір.

Вони хочуть накладати процесори один на одного і щоб у таких блоках вони були відокремлені один від одного каналами водяного охолодження завтовшки з волосину.

Оскільки відстань між процесорами уповільнює і нагріває обчислювальний процес, складання їх у блоки одразу вирішує питання швидкості, розміру та експлуатаційних витрат.

У спробі показати ефективність принципу команда побудувала блок, наклавши один на одного чотири мікропроцесори. Однак д-р Мішель визнає, що зробити належить ще багато.

Основним технічним завданням буде конструювання зв'язків між різними процесорами, які мали би бути водонепроникними провідниками.

"Очевидно, що використання тривимірних процесорів буде великим досягненням в напівпровідниковій технології і дозволить галузі дотримуватися курсу," сказав Бі-Бі-Сі Марк Стромберг з компанії Ґартнер.

"Але деякі проблеми ще заважають втіленню цієї технології - питання, що стосуються розсіювання тепла, є одними з найбільш важливих інженерних завдань, що стоять перед тривимірною технологією напівпровідників".