Представляем вашему вниманию очередную порцию новостей из мира суперкомпьютеров. Главные тенденции суперкомпьютерной индустрии сегодняшнего дня – это «заточенность» вычислительных систем на работу с «большими данными» (big data) и стремление максимально снизить энергопотребление.

Корпорация Hewlett-Packard рассказала подробности о своем главном проекте в суперкомпьютерной сфере – новом суперкомпьютере под названием «The Machine» («Машина»). Признаться, его заявленные характеристики и описываемые возможности сильно смахивают на описания из фантастических романов Сергея Снегова. «The Machine» будет представлять собой компактное универсальное устройство, объединяющее в себе одновременно сервер, рабочую станцию, ПК и смартфон. По словам представителей НР, «The Machine» будет способен обрабатывать 160 петабайт данных за 250 наносекунд.

Конечно, главным отличием этого суперкомпьютера будет его схемотехника. Операционная система этой ЭВМ будет оперировать кластерами специализированных ядер, тогда как современные компьютеры оперируют значительно меньшим числом универсальных ядер. А память «The Machine» основана на относительно недавно созданной элементной базе – на так называемых мемристорах. Их отличительные свойства – скорость работы и способность постоянно хранить данные даже при отключении электропитания. Мартин Финк, технический директор Hewlett-Packard, уже даже продемонстрировал журналистам часть новинки – желто-зеленый куб с мемристорами, представляющими собой новый тип памяти, соединенный с процессором оптоволоконным проводом. Вообще же «The Machine» – главный проект корпорации на ближайшие годы. Над ним работают три четверти сотрудников HP Labs.

Если кто не в курсе, то мемристор (еще называемый «резистор с памятью») – четвертый из этих базовых элементов электроцепей. До 2008 года он существовал лишь гипотетически, будучи теоретической разработкой инженера-профессора по имени Леон Он Чуа. Но потом HP (а затем и другие компании), сконструировали в лаборатории реально работающие мемристоры. Главное свойство такого элемента – способность помнить значение сопротивления после отключения цепи от тока. Таким образом, способность сохранять значение электрического сопротивления используется в «The Machine» для записи данных в логические нули и единицы.

Принципиально важно здесь то, что мемристоры хранят информацию без затрат энергии сколько угодно по времени. Фактически – пока исправен материал, из которого они сделаны.Например, оксид титана. Все это, как утверждают инженеры НР, позволит «The Machine» обрабатывать колоссальные массивы данных, используя для этого намного меньшее количество энергии. Такая система будет в шесть раз мощнее, чем ныне существующие серверы, но при работе будет потреблять в 80 раз меньше энергии.

Можно сказать, что в «The Machine» память не будет разделяться на оперативную и постоянную: новый компьютер получит «универсальная память» – единый мемристорный накопитель, постоянно готовый к работе. А классические медные провода будут заменены на фотоэлектронику со световой скоростью передачи данных. Показывая свой зеленый кубик, Мартин Финк сказал, что по оптоволоконному проводу файлы из мемристорной памяти можно переносить со скоростью 6 Тб в секунду.

Хотя сама технология уже разработана, в Hewlett-Packard пока затрудняются с описанием форм-фактора новой вычислительной системы. Сам Мартин Финк в выступлениях перед журналистами описывает смартфон с универсальной памятью в 100 терабайт, требующий крайне редкой подзарядки. Зато известно, что в корпорации уже занялись разработкой специальной ОС, предназначенной для использования возможностей «The Machine»; одновременно ведется адаптация к этой машине мобильной ОС Android.

Как следует из предварительного графика, представленного Hewlett-Packard, в 2015 году, они начнут переговоры с производителями электронных компонентов о выпуске мемристорной памяти. Само производство такой памяти должно быть запущено в 2016-м. Работающий прототип «Машины» будет продемонстрирован публике в 2017 году. И только в 2018-2019 годах «The Machine» станет доступен на рынке.

Однако пока «The Machine» остается скорее фантастическим суперпроектом, Hewlett-Packard предпочитает зарабатывать на более «приземленных» суперкомпьютерах. Недавно корпорация представила полностью собственное, завершенное изделие – суперкомпьютер Apollo. (Раньше комплектующие НР использовались в суперкомпьютерах других фирм, не более того.) Основным отличием новинки от предыдущих поколений суперкомпьютеров в корпорации называют использование новаторской системы охлаждения, позволяющей снизить потребление электричества, и, как следствие, расходы на ее эксплуатацию.

Пока Hewlett-Packard анонсировала только две модели из линейки Apollo: модель, которая будет работать на водяном охлаждении (Apollo-8000) и воздушно-охлаждаемый компьютер (Apollo-6000). Система Apollo-8000 может объединить в одном кластере до 144 серверов, работа каждого из них может быть основана на двух Xeon E5 и на 8-ми InfiniBand коммутаторах. Модель Apollo-6000 ориентирована на работу с Xeon E3 и 10-Гб картами FlexibleLOM.

Разработчики гарантируют, что решения и технологии, реализованные в водяной системе охлаждения, исключают возможность протечек и повреждения электроники компьютера. В следующих (более мощных) версиях Apollo будет применен специальный хладоген, который не повредит элементам суперкомпьютера даже в случае протечки. Такие жидкости сейчас разрабатывает компания 3М, в распоряжении НР они окажутся уже в текущем году.

Строго говоря, в модели Apollo-8000 смонтированы две системы охлаждения, которые объединены одна с другой. Одна из них называется Water Wall. Вода в ней циркулирует по периметру серверов сверху вниз так, что охлаждающая жидкость течет между блейд-серверами в кластере. Вторая система охлаждения расположена внутри.Она находится между разными компонентами суперкомпьютера и представляет собой сеть из медных трубочек, которые выполняют роль проводника холода. Такая комбинация делает охлаждение более энергоэффективным и малошумным.

В Hewlett-Packard позиционируют суперкомпьютеры линейки Apollo как решения для использования в различных правительственных и учебных учреждениях. В дальнейшем, полагают маркетологи НР, Apollo будут также востребованы для массового использования корпоративными потребителями.

А корпорация Intel готовится представить новый тип процессора Xeon с интегрированной FPGA. Этот новый чип Xeon + FPGA будет устанавливаться в стандартный разъем E5 LGA2011, но интегрированная FPGA позволит отдельно настраивать каждую часть микросхемы под конкретную рабочую нагрузку. Это решение сделает Intel-x86 лучшей многоцелевой платформой для корпоративных центров обработки данных и суперкомпьютерных блоков.

Аббревиатура FPGA обозначает программируемую пользователем вентильную матрицу. По сути, FPGA – это обычный чип, который может быть неоднократно перепрограммирован после изготовления. В отличие от привычных нам CPU и GPU, FPGA можно взять и запрограммировать для выполнения одного набора функций (например, для обработки графических изображений), а затем – перепрограммировать для обработки других задач (например, сортировки записей в базе данных). Кроме того, архитектура FPGA обладает колоссально высокой производительностью. FPGA, правда, уступает в скорости и эффективности ASIC, но эти потери компенсируются возможностью перепрограммирования.

В самой Intel рассчитывают, что новые чипы будут использоваться для параллельной обработки данных, в том числе в суперкомпьютерах. Прежде для этих рабочих нагрузок, для использования в суперкомпьютерах Intel предлагала 50-ядерный Xeon Phi.

Своими микропроцессорными разработками занимаются и в России.Там стараются создать замену американским микрочипам Intel и AMD, которые используются, в том числе, в суперкомпьютерах российского производства. Вполне логично, что разработку ведет «Байкал Электроникс», дочернее предприятие «суперкомпьютерной» компании «Т-Платформы». Работы идут при поддержке «Ростеха», одним из инвесторов выступает «Роснано». В проекте также участвует Объединенная приборостроительная корпорация. Интерес к проекту проявили также компании Depo Computers, Kraftway и группа «Аквариус». На разработку микрочипа могут быть потрачены десятки миллионов долларов.

В результате уже в следующем году в России должна быть создана линейка отечественных многоядерных микропроцессоров Baikal топологией 28 нм. Первыми представителями линейки должны стать 8-ядерные процессоры Baikal M и M/S топологией 28 нм и частотой 2 ГГц. Их предполагается использовать в ПК и микросерверах. Процессоры будут построены на 64-битном ядре Cortex А-57 разработки британской компании ARM.

На конец 2016 года Минпромторг России запланировал выпуск более мощного, 16-ядерного серверного процессора топологией 16 нм. Между тем, на данный момент в России нет даже мощностей для производства процессоров топологии 28 нм. Так что процессоры Baikal, судя по всему, будут производиться за пределами России.

Виктор Демидов