Суперкомп"ютер

4 грудня, 2012, Український тиждень

Глибока думка Завдяки відеоіграм у світі з’явився новий найшвидший комп’ютер Будучи схибленими на швид­кості, комп’ютерні фанати люблять заглядати на сайт Top500 – групи німецьких і американських учених, які стежать за найшвидшими супер­комп’ю­те­ра­ми у світі. 12 листопада веб-ресурс опублікував найновіший список і оприлюднив ім’я нового чемпіона.

Будучи схибленими на швидкості, комп’ютерні фанати люблять заглядати на сайт Top500 – групи німецьких і американських учених, які стежать за найшвидшими суперкомп’ютерами у світі. 12 листопада веб-ресурс опублікував найновіший список і оприлюднив ім’я нового чемпіона.
Цей комп’ютер називається Titan і «мешкає» в Національній лабораторії в Оук-Ріджі (штат Теннессі). Він витіснив із першого місця іншу американську супермашину, творіння ІВМ під назвою Sequoia, встановлену в Ліверморській національній лабораторії Лоуренса. Ці два дива техніки допомогли Сполученим Штатам повернути собі лідерство у списку, який останніми кількома роками очолювали комп’ютери з Китаю та Японії.
Є кілька моментів, які відрізняють Titan від попереднього чемпіона. По-перше, відкрита система. Це означає, що вчені й дослідники досить складних проблем зможуть брати його в оренду – подібно до того, як астрономи позичають телескопи. Тоді як Sequoia, навпаки, більшість часу працює над секретними завданнями: відтворює симуляції вибухів ядерних боєзарядів і через це рідко буває доступна для загального користування.
Відрізняється Titan і дизайном. Усі суперкомп’ютери складаються з тисяч процесорів, з’єднаних між собою. Часто це похідні від центральних процесорів, або ЦП, які містяться всередині сучасних настільних комп’ютерів. Але Titan завдячує більшою частиною (понад 90%) своєї потужності технології, що спочатку була призначена для індустрії відеоігор. Половина із 37 376 його процесорів – це звичайні ЦП. Але друга половина – графічні процесори, або ж ГП. Це спеціальні пристрої, створені для потреб сучасних відеорозваг, які належать до найскладніших програм, що їх будь-коли використовували на хатніх персональних комп’ютерах. Колишній чемпіон списку Top500, китайський суперкомп’ютер TianHe-1, сконструйований за таким самим принципом – як і 60 інших машин зі списку Top500.

Паралельні світи
У ширшому сенсі центральний процесор (який має відповідати за роботу найрізноманітнішого ПЗ, від таблиць до програм розпізнавання голосу й закодованого відео) повинен бути «фахівцем» широкого профілю, компетентним у всіх завданнях математичного характеру, але не вузькоспеціалізованим у жодному з них. Навпаки, графічний процесор створений для того, щоб ідеально виконувати одну-єдину річ: маніпулювати міріадами трикутників, з яких складається вся сучасна комп’ютерна графіка (фрактальна).
Кілька років тому дослідники з Nvidia і AMD (дві компанії, виробники більшості високоефективних графічних процесорів на світовому ринку) з’ясували, що багато наукових проблем, які вимагають величезних обсягів комп’ютерної потужності (все, від симуляцій кліматичних процесів і моделювання процесу згоряння пального у двигуні до сейсмічного аналізу для нафто- й газовидобувної промисловості), можна перевести у форму, придатну для опрацювання їхніми графічними процесорами. Невдовзі після цього такі розробники суперкомп’ютерів, як американська компанія Cray (це вони зібрали Titan із використанням графічних процесорів Nvidia), теж почали над цим замислюватися.
Таке запозичення з індустрії ігор дає кілька переваг. Одна з великих – це ефективність. Titan є вдосконаленою версією іншої машини, що створена лабораторією в Оук-Ріджі, – Jaguar. Дооснащення Jaguar звичайними центральними процесорами дало б змогу випустити комп’ютер, який під час роботи на максимальній потужності, споживав би до 30 МВт електроенергії (а цього було б достатньо для забезпечення нормальної життєдіяльності невеликого міста). Завдяки чудовим властивостям графічних процесорів Titan може досягти максимальної швидкості під час роботи на відносно «скромних» 8,2 МВт.
Фінансово це теж вигідно, каже керівник підрозділу надпотужних комп’ютерів компанії Nvidia Суміт Ґупта. Процесори, які його фірма продає виробникам суперкомп’ютерів, майже ідентичні тим, що їх купують геймери. Крім того, він зауважує, що «дорога до успіху високоефективних ПК встелена трупами фірм, які намагалися сконструювати продукт саме для ринку суперкомп’ютерів. Але сама собою ця ніша просто мізерна».
Хоча не все так гладко. Машини на зразок суперкомп’ютера Titan досягають надзвичайних швидкостей за рахунок того, що ділять завдання на тисячі крихітних фрагментів і віддають їх на обробку єдиному процесорові. Уявімо для наочності, що потрібно пофарбувати будинок. Можна найняти одного маляра, але, певно, буде швидше взяти на роботу кількох і виділити кожному по кімнаті.
Проте не всі проблеми реально фрагментувати таким чином (наприклад, можна залучити дюжину перукарів, але навряд чи це значно прискорить процес стрижки одного клієнта). Вимога перекласти завдання на таку математичну мову, яку може «зрозуміти» графічний процесор, створює ще один бар’єр. Ґупта наводить приклад моделей, використовуваних для симуляції автомобільної аварії, як одну із проблем, яким і досі не зараджує так званий масово-паралельний підхід. Кмітливі програмісти інколи можуть знайти спосіб оминути такі проблеми: трасування – високоякісний, заснований на математичних принципах підхід до комп’ютерної графіки для симулювання окремих променів світла – довгий час вважали (така-от іронія долі!) завданням, із яким не впорається сучасний графічний процесор. Але під час конференції, присвяченої програмуванню на графічних процесорах, група дослідників із компанії Nvidia оголосила, що таки знайшла рішення стосовно того, як це зробити.
Лабораторія в Оук-Ріджі та Nvidia планують працювати з ученими, які хочуть випробувати Titan, щоб побачити, чи можна таким чином модифікувати їхні алгоритми і зробити останні придатними для використання на цій новій машині. Ґупта настроєний упевнено й оптимістично. Навіть до «впертих» симуляцій ДТП, вважає він, незабаром застосують новий підхід. Але це не означає, що можна буде розібратися з кожною проблемою. А тим ученим, яким не вдасться модифікувати свої коди, не виключено, самим виявиться важко скористатися перевагами найшвидших у світі комп’ютерів, чия потужність постійно зростатиме.
© 2011 The Economist Newspaper Limited. All rights reserved
Переклад з оригіналу здійснено «Українським тижнем», оригінал статті опубліковано на www.economist.com

Джерело