Karcsúsító szuperszámítógépek

A szuperszámítógépek éhesek a hatalomra. A Tennessee-ben található Titan - az ország leggyorsabb szuperszámítógépe - évente mintegy 8 megawatt áramot fogyaszt. Cserébe másodpercenként milliárdnyi számítást old meg. Emberek ezrei használják a Titánt az Oak Ridge Leadership Computing Facility-nél és a szuperszámítógépeket két másik DOE Tudományos Iroda központjában olyan események szimulálására, amelyek lehetetlenek, nem praktikusak vagy túl veszélyesek bármilyen más módon történő kutatáshoz - a kitörő vulkánoktól a szupernóváig csapódva a közeli csillagba.

Ezek a számítógépek és elődeik, amelyek bizonyos esetekben 40 évre nyúlnak vissza, Nobel-díjas áttörésekhez vezettek. De ez nem elég az energiaügyi tanácsadó testület titkárának jelentése szerint. Egy exascale rendszer, egy radikális ugrás, amely másodpercenként kvintmilliárd számítást képes megoldani, létfontosságú a fennmaradó hatalmas, ám mégis árnyalt problémák megoldásához, amelyek a világ előtt állnak.

A nagyobb számítási teljesítmény azonban gyakran magasabb elektromos számlákat jelent. "Mint valaki, akinek fizetnie kell a villanyszámlát, meg akarom engedni, hogy ezeket a gépeket a nemzet számára működtessem" - mondja Barbara Helland, a DOE Tudományos Irodájának Fejlett Tudományos Számítástechnikai Kutatási Irodájának létesítményosztály-igazgatója.

Nem is olyan régen egyesek úgy gondolták, hogy az exascale rendszereknek saját dedikált erőművekre lesz szükségük. Az előrejelzések szerint 2008-ban egy exascale számítógép 1000 megawattot fog elnyelni egy év alatt. A tudósok szigorú étrendet alkalmaznak a szuperszámítógépekről. Az új előrejelzések körülbelül 20 megawattra vonatkoznak, ami 100-szor gyorsabb, de csak 1,5-szer nagyobb energiát használó szuperszámítógépekhez vezet.

Hogyan volt lehetséges egy ilyen diéta? Amikor irodája nevében szerepelnek az "energia" és a "tudomány" szavak, akkor szállítókkal, kutatókkal és másokkal dolgozik annak érdekében, hogy a számítógépek ínyencek legyenek, ne ínyencek.

A videojátékok és az emberek csökkentik az energiafelhasználást. Az intelligens számítógépes tervezés energiát takarít meg és növeli a számítási teljesítményt. A Titan egy videojátékok által optimalizált eszközt használ: a grafikus feldolgozó egységet. Minden egység anélkül roppant össze a számokkal, hogy több számjegyért visszalépne a memóriába. Ez a különbség a jól felszerelt konyhában való főzés és az oregánóért való boltba rohanás között.

Ezenkívül mindegyik DOE szuperszámítógéphez tartozik egy felhasználói támogató csoport: olyan szakértők, akik segítenek a felhasználóknak kihozni a rendelkezésre álló időt. Amikor egy valós eseményt - amely a másodperc töredéke alatt következik be - egy szuperszámítógépen szimulálnak egy napi erőfeszítéssel, az elektromos mérővel járva, a hatékonyság komoly üzlet.

Hideg kortyok és óceáni szellők hűvös szuperszámítógépeket jelentenek. Ezek a kosárlabdapálya méretű rendszerek kiszorítják a hőt. Az illinoisi Argonne Leadership Computing létesítményben a szuperszámítógépes rendszerek, mint a Mira és kohorszai, közvetlenül hűlnek. Ahelyett, hogy először levegőáramot hűtött volna, majd a számítógép állványaiba fújta volna, Mira közvetlenül az állványokon átfonott rézcsövek segítségével vonja ki a hőt. Az eredmény? Sokkal kevesebb energiafelhasználás, mint a kevésbé közvetlen módszerek.

További bónuszként a közvetlen hűtés lehetővé teszi, hogy több processzor illeszkedjen minden állványba, emlékezetes előnyt kínálva. Az adat memóriától a processzorokig terjedő távolsága rövidebb. Tehát, ha a szakácsnak tészta kell, akkor az a konyhán túl, nem pedig a város túloldalán található. Minél kevesebb távolsági adat halad, annál gyorsabban képes egy processzor megoldani egy problémát és továbblépni. Ez az előny segítette Mirát abban, hogy helyet foglaljon a világ leggyorsabb szuperszámítógépeinek Top500-as listáján.

A kaliforniai Nemzeti Energetikai Kutatási Tudományos Számítási Központban az alacsonyabb energiaszámlák óceáni széllel és remek kilátással rendelkeznek. A központ 2015-ben megnyílt új otthona a San Francisco-öböl felett helyezkedik el. Az épület két szuperszámítógépet hűvös szellőt vesz fel: Edison és Cori. A hűvösebb levegő meleg levegőt juttat a fenti irodákba, és a NERSC régi otthonában ennek körülbelül a felét kitevő áramszámlához vezet, miközben a számítási teljesítmény több mint kétszeresére nőtt.

A szükség anya. Bármilyen teljesítmény-fejlesztés, amelyet nagyobb teljesítmény hozzáadásával kikényszeríthetnek a szuperszámítógépekből, régóta kimerültek. Az új szuperszámítógépek új lehetőségeket követelnek, amelyek elegáns, hatékony partnert nyújtanak a tudósoknak új felfedezésekben, például a fejlesztés alatt álló új csúcskomputer nevű szuperszámítógépnek, amely az elkövetkező néhány évben megérkezik az Oak Ridge National Lab-ba.

"Ha a szükségesség a találmány anyja, hamarosan találunk néhány találmányt" - mondja Susan Coghlan, az Argonne Leadership Computing Facility divízióigazgató-helyettese.