Посткремниевые вычисления: популярное резюме от организатора
Каждый год количество участников национального суперкомпьютерного форума увеличивается, и сейчас их более 250. Он стал важнейшим местом, где обмениваются достижениями и проблемами как ученые, так и фирмы-производители и заказчики крупных работ. Это связано с общим положением в суперкомпьютерной области: потенциал "грубой силы", увеличения мощностей путем сохранения старой парадигмы подошёл к концу. На самом деле это общее место в нынешнем мире. Экспоненциальные процессы (в цивилизации прогресс, в экономике ссудный процент, в суперкомпьютерах закон Мура об удвоении мощностей каждые два года) не могут быть вечными. В нормальной ситуации они являются переходом от одного устойчивого состояния к другому, в корне отличаясь и от исходного, и от результирующего.
Точно так же в болезненный тупик заводит попытка стандартизовать все на базе единых ценностей, подстричь всех под одну гребенку, мерить одним аршином. В обществе и природе это установил ещё маркиз Кондорсе в 18 веке. В суперкомпьютерах возможности представлять все числами и двоичной системой подошли просто к физическому пределу.
Это требует поиска выхода, и основная цель нынешнего форума - сравнение различных подходов, предлагаемых для обработки информации после конца нынешней "кремниевой" эпохи и установление связей между теми из них, которые могут хорошо дополнить друг друга.
Так что главным достижением последних лет стало, что наконец-то осознается: новое поколение компьютеров будет принципиально новым во всех отношениях и нужен широкий и смелый поиск идей.24 ноября в Переславле прошла в рамках национального суперкомпьютерного форума конференция "Посткремниевые вычисления". Здесь расширенный вариант ее резюме для ТАСС.
Полвека назад вычисления производились двумя способами: цифровым, когда все переводилось в числа и считалось на компьютерах, и аналоговым, когда подбирался физический процесс, моделирующий нужный.
В аналоговом случае решение получается максимум за то же время, что и сам процесс. В цифровом тогда было обычно намного дольше и дороже. Но развитие шло по "закону Мура": быстродействие и память удваивались каждые 18 месяцев, цифровые компьютеры дешевели, а аналоговые устройства оставались почти на том же уровне, и их задавили "грубой силой". В итоге сейчас производительность ведущих суперкомпьютеров на реальных задачах приблизилась к КПД паровоза (2-3%, остальная мощность теряется впустую). Поэтому одним из направлений поисков оказалось повышение КПД вычислителей.
Способ здесь на самом деле один: конфигурация машин под реальные задачи. Но задачи разнородны, и успешно сконфигурированы процессоры за последнее время были лишь для графических вычислений (GPU) и под задачи линейной алгебры, поскольку здесь есть возможность показать свою крутизну: именно на них оценивается мощность ведущих суперкомпьютеров. Поэтому на конференции пришлось вспомнить хорошо забытое старое: матричные процессоры ИПУ РАН ПС-2000 и ПС-3000, троичные машины МГУ "Сетунь", потоки данных, персептроны ...). Вновь возникает потребность присоединять к цифровым компьютерам аналоговые вычислители. Это позволит продолжить увеличение вычислительных мощностей в ближайшие пять лет.
Но традиционная электроника подошла к своему физическому и логическому пределу, в который упирается на передовых рубежах уже сейчас. Это: скорость света, предел Ландауэра, ограничивающий снизу выделение тепла, стена памяти, усиливающая стократно действие предела Ландуауэра, и предел Чейтина, ограничивающий логическую сложность программ и конструкций, после чего они становятся принципиально непонимаемыми. Приходится искать совершенно новое, что будет использовано в перспективе.
В этом русле на конференции рассматривались мемристоры (элементы, где простейшее вычисление соединено с аналоговой памятью, уже не двоичной; в России над ними работает блестящая школа Галушкина А. И, начинавшего ещё с персептронов), и кристаллы (ИПС РАН и УдГУ; здесь уже не числа, а преобразования), и квантовые устройства (несть им числа, но все в России уже 15 лет по-прежнему на уровне принципиальных разработок; пытаются за счет ненадежности обхитрить границы при помощи эффектов, проявляющихся для сверхмалых количеств вещества: с некоторой вероятностью кванты могут сделать то, что считается невычислимым или исключительно трудным для вычислений).
Возникают и были представлены такие безумные идеи, как вычисления на вакууме (порождающем частицы под воздействием энергетических полей) и на сине-зеленых водорослях. Живые системы, в частности, реализуют пятилучевую симметрию, которой нет в кристаллах, и пятеричную систему. Этот доклад выпускника УдГУ К. Смирнова вызвал самое бурное обсуждение и был охарактеризован как шаг к возможному принципиальному открытию. А насколько серьезно на самом деле подходили создатели необычных идей к их разработке, показывает моё резюме доклада А. В. Лебедева о вакууме.
Я недоволен был обычными вычислителями. Я проверил более 20 различных методов нетрадиционной обработки информации, и оптические, и электрические, и на основе нанотехнологий. Каждый раз что-то мешало. Выявил общее у мешающих факторов: материя. Предлагаю вычислять на вакууме.
В целом уже в ближайшем будущем суперкомпьютер представляется как гибридный комплекс, в котором традиционный управляющий процессор работает в сотрудничестве с разными специализированными, как цифровыми, так и нецифровыми (в том числе и с добрыми старыми незаслуженно забытыми аналоговыми). Время грубой силы закончилось, настала пора опять прикладывать ум.