Новое поколение суперкомпьютеров будет способно выполнять количество операций в секунду, измеряемое квинтиллионами (1018). Это в 1000 раз больше того, на что способны самые мощные современные суперкомпьютеры. Такие системы впервые смогут точно моделировать двигатель внутреннего сгорания автомобиля, двигатель реактивного самолета и даже ядерный реактор. С их помощью можно будет составлять модели Земли масштабом до 1 километра (сейчас масштаб при моделировании составляет 50-100 километров), или моделировать живые клетки одновременно на молекулярном, генетическом, химическом и биологическом уровнях. Без преувеличения, суперкомпьютеры нового поколения изменят лицо науки.

Однако проблема состоит в том, что пока не разработаны технологии энергосбережения, которые позволят работать таким суперкомпьютерам. Если создать такую систему по современным технологиям, то для работы только одной из них нужно строить целую электростанцию мощностью, сопоставимой с мощностью электростанции плотины Гувера – более 2 гигаватт. По словам директора Института вычислительных и экспериментальных исследований в математике при Брауновском университете Джилл Пайфер, в последнее время вычислительная мощность суперкомпьютеров каждые несколько лет увеличивалась в 1000 раз. На данный момент достигнут предел, и современные технологии не позволяют проводить столь весомые изменения.

Инженеры-компьютерщики умудрялись каждые пару лет в 2 раза увеличивать количество транзисторов в одном микрочипе (Закон Мура) при стабильных требованиях к энергопотреблению. Однако даже если они смогут поставить достаточное количество транзисторов для обеспечения вычислительной мощности компьютеров нового поколения, процессоры будут перегреваться и попросту расплавятся.

Все это предъявляет новые требования к радикальным изменениям компьютерной архитектуры, и одно из наиболее важных – уменьшение энергопотребления. Департамент энергетики США хочет, чтобы до 2020 года был создан суперкомпьютер нового поколения, который бы потреблял не более 20 мегаватт электроэнергии, или в 100 раз меньше, если бы такая система была создана сейчас. Изменение архитектуры требует заново переписать и программное обеспечение.

Одно из направлений развития – использование в суперкомпьютерах не центральных процессорных устройств, а графических процессоров. Около 10 лет назад компания NVIDIA разработала графические процессоры, способные эффективно выполнять несколько задач. В среднем по сравнению с центральными процессорами они используют в 8 раз меньше электроэнергии.

Графические процессоры NVIDIA установлены в трех суперкомпьютерах, включая китайский «Тяньхэ-1А», который является второй мощнейшей вычислительной системой в мире. В скором времени графические процессоры будут использованы и при обновлении суперкомпьютера Jaguar; усовершенствования на 100 миллионов долларов позволят ему обойти японский К и сделают его самым мощным суперкомпьютером в мире. Обновленный Jaguar, установленный в Национальной лаборатории Оук-Ридж (штат Теннеси) будет называться Titan.

В 2012 году NVIDIA выпустят графический процессор Kepler, способный выполнять 5 миллиардов вычислительных операций с плавающей запятой на 1 ватт электроэнергии. GPU следующего поколения Maxwell, выход которого намечен на 2014 год, сможет выполнять 14 миллиардов операций на каждый ватт.

Источник: http://iscience.ru/2012/01/25/superkompyutery-prakticheski-dostigli-svoego-predela/