Innowacyjna architektura superkomputerów zwiększająca wydajność energetyczną
Współczesne społeczeństwo staje się coraz bardziej zależne nie tylko od elektroniki użytkowej, takiej jak smartfony, ale również od superszybkich komputerów wykonujących ogromne ilości obliczeń. Ogromne systemy superkomputerowe składające się z tysięcy mniejszych komputerów wykonują wysoce złożone zadania, takie jak prognozowanie pogody, wytwarzanie skutecznej turbiny wiatrowej czy paliwooszczędnego samochodu. Komputery, zarówno te w domu, w pracy, jak i w centrach przetwarzania danych, aktualnie generują 15% światowego zapotrzebowania na energię. Liczba to rośnie wraz z dynamicznym rozwojem technologii. Projekt FIPS dąży do zwiększenia efektywności energetycznej superkomputerów poprzez połączenie tradycyjnych wysokowydajnych procesorów z alternatywnymi jednostkami obsługującymi proste obliczenia, redukując dzięki temu całkowite zapotrzebowanie na energię w systemie. "Chcemy osiągnąć coś bezprecedensowego, tj. ograniczyć zużywaną energię o 30%", mówi Domenik Helms, Manager Technology Cluster w instytucie OFFIS i koordynator projektu FIPS. "Tu nie chodzi wyłącznie o obniżenie poziomu emisji CO2, ale również o udostępnienie większej wydajności. Im większa jest wydajność energetyczna komputerów, tym więcej możemy za ich pomocą zrobić bez podwyższania kosztów operacyjnych". Budowanie nowego typu superkomputerów Zespól FIPS opracowuje nowy typ superkomputerów, optymalizując stosunek wydajności do zużywanej mocy poprzez wykorzystanie bardziej energooszczędnych zamienników, np. procesorów smartfonów, układów graficznych 3D oraz reprogramowalnych układów FPGA (Field-Programmable Gate Arrays) używanych w modemach i przełącznikach sieciowych. Ponieważ typowy program superkomputerowy składa się z dużej liczby drobnych zadań, niektóre z nich można wykonywać w alternatywnej architekturze, obniżając w ten sposobów liczbę energochłonnych, wysokowydajnych procesorów wymaganych do realizacji tego zadania. Aby rozwiązać trudności programistyczne związane z tak dużą liczbą różnych procesorów, w ramach projektu FIPS opracowano również nową metodologię, dzięki której jeden język programistyczny wystarcza do wykonania zadania na superkomputerze. Program przewiduje również ilość czasu i energii potrzebną do realizacji zadania. Stosowanie metodologii analizy ludzkiego genomu przy jednoczesnym oszczędzaniu energii Metodologia FIPS wykorzystująca alternatywne układy FGPA jest już z powodzeniem stosowana w projekcie analizy miliardów danych na potrzeby biblioteki kojarzenia sekwencji ludzkiego DNA. Narzędzia opracowane w projekcie ułatwiają prace programistów w wielu aspektach, od identyfikowania i określania charakterki jąder obliczeniowych do konfigurowania urządzenia. Wydajność na poziomie 0,8 GCUPS (Giga cell updates per second) na 1 W pozwala zaoszczędzić 1,3 raza więcej energii niż podczas wykonywania tego samego zadania za pomocą najwyższej klasy kart graficznych oraz ok. 100 razy więcej energii niż za pomocą tradycyjnych procesorów. "Nie ma obecnie komputera, który mogłyby rozszyfrować cały kod DNA człowieka. Jednak nie chodzi tu o to, aby opracować taki komputer jak najszybciej, ale o to, by był możliwie jak najbardziej energooszczędny, a prace nad nim nie generowały straty pieniędzy. Wiemy, że nasze rezultaty mogłyby być lepsze, ale prawdziwym osiągnięciem było tutaj dwukrotne zwiększenie wydajności energetycznej", komentuje dr Helms. "Obecnie celem projektu jest zwiększenie liczby aplikacji do testowania metodologii oraz pozyskanie inwestorów, którzy umożliwią wprowadzenie jej na rynek. W projekt FIPS zaangażowanych jest dziecięciu partnerów z sześciu państw europejskich, a jego zakończenie planowane jest na wrzesień 2016 r. W ramach siódmego programu ramowego (7PR) projekt otrzymał wsparcie w wysokości 3 milionów euro.
Słowa kluczowe
FIPS, wysokowydajne komputery, HPC, DNA, efektywność energetyczna, superkomputery, FPGA
