IBM продолжает уменьшать компьютеры за счет интеграции вычислительного блока, системной логики, контроллеров оперативной памяти и подсистемы хранения

Исследователи из корпорации IBM приступили к реализации амбициозного проекта по созданию суперкомпьютеров, которые легко можно будет удержать на ладони.

В прототипе микрокомпьютера размером со смартфон уместились процессор и основные схемы, которые обычно распределены на материнских платах гораздо большего размера.

«Первоначально IBM рассчитывала построить ‘ЦОД в коробке’, поместив туда сразу несколько компьютеров», — пояснил исследователь IBM Рональд Люйтен.

IBM хочет создать версию суперкомпьютера Watson размером с коробку из-под пиццы, в которой будет находиться целый ряд таких микрокомпьютеров. Еще в 2011 году Watson стал возмутителем спокойствия, выиграв телевикторину Jeopardy. А размеры современного варианта Watson не выходят за рамки трех коробок из-под пиццы, поставленных одна на другую.

В IBM продемонстрировали также объединение 128 компьютеров, функционирующих, подобно серверам-лезвиям, в едином устройстве, которое будет обладать таким же уровнем производительности, как и продукты, превосходящие его по своим габаритам в 4–10 раз. Прототип нового сервера потребляет всего 55–60 ватт электроэнергии, что значительно ниже энергопотребления сегодняшних крупных серверов.

Внутри такого уплотненного сервера находятся 1536 процессорных ядер, которые одновременно выполняют 3072 вычислительных потока. Тестирование его работы проводилось на программном обеспечении IBM DB2. Объем оперативной памяти здесь может достигать 6 Тбайт, что поможет существенно увеличить производительность приложений, выполняемых в памяти, в частности СУБД.

В следующем году IBM планирует выпустить другую версию сервера, которая останется такой же быстрой, а уровень ее энергопотребления снизится до 30–35 ватт.

Размеры серверов, настольных и портативных компьютеров продолжают уменьшаться по мере того, как все больше компонентов (в частности, графические ядра) оказываются интегрированы в процессор. Современные смартфоны и планшетные компьютеры, построенные на базе 64-разрядных процессоров, способны целый день проработать без перезарядки батареи, однако потенциал дальнейшего увеличения производительности и снижения уровня электроэнергии по-прежнему остается весьма высоким.

Исследователи из IBM протестировали множество различных процессорных архитектур, систем управления энергопотреблением и функций, реализуемых на уровне чипа. Конечная их цель заключается в уменьшении счетов за потребление электроэнергии и размеров чипов при сохранении их производительности на прежнем уровне. Сегодня ЦОД потребляют мегаватты электроэнергии, а микрокомпьютеры, над которыми работают в IBM, помогут не только сэкономить пространство, но и уменьшить уровень энергопотребления.

«Фундаментальный вызов, с которым придется столкнуться крупным ЦОД в период с 2016-го по 2020 год, связан как раз с энергопотреблением, — подчеркнул Люйтен. — Наиболее эффективный способ выполнения серверных приложений заключается в распределении вычислительной нагрузки между несколькими процессорными ядрами с низким энергопотреблением».

Новый прототип микрокомпьютеров имеет размеры 133x55 мм. По словам представителей IBM, аналогичной вычислительной мощностью обладают стандартные серверные материнские платы размером 305x245 мм. В микрокомпьютерах установлен 12-ядерный процессор T4240 с архитектурой PowerPC, применяемый в настоящее время главным образом во встроенных устройствах.

IBM продолжает уменьшать компьютеры за счет интеграции вычислительного блока, системной логики, контроллеров оперативной памяти и подсистемы хранения. В перспективе исследователи компании рассматривают возможность использования различных процессорных архитектур, в том числе и ARM.

«Распределение вычислительной нагрузки между процессорами представляет собой серьезную проблему, требующую решения, — указал Люйтен. — Около 98% энергии на уровне процессора и платы тратится на передачу данных от точки A в точку B. Прежде чем данные из процессора достигнут оперативной памяти, подсистемы хранения или разъемов PCI-Express, они должны пройти через целый ряд каналов. И размеры платы имеют здесь очень большое значение. Соответственно, мы ищем способы сокращения расстояния между процессором и разъемом Ethernet, а также другими важными интерфейсами».