211service.com
Een slimmere supercomputer
Ondanks alle pk's van de huidige supercomputers, is geen enkele krachtig genoeg om algoritmen uit te voeren die toekomstig weer tot op de kilometer voorspellen - een resolutie waarmee onderzoekers het gedrag van wolken kunnen modelleren, de algehele nauwkeurigheid van klimaatmodellen verbeteren en betere beleidsbeslissingen over de opwarming van de aarde mogelijk maken. Maar nu hebben onderzoekers van het Lawrence Berkeley National Laboratory, in Berkeley, CA, een nieuw type supercomputer ontworpen die krachtig genoeg zou kunnen zijn om modellen met kilometerprecisie te laten draaien. Bovendien zou de voorgestelde supercomputer, die gebruikmaakt van chipontwerptechnologie van mobiele telefoons en mp3-spelers, honderden keren energiezuiniger zijn dan welke andere supercomputer dan ook, waardoor het kosteneffectiever is om te gebruiken.
Proefdraaien: Onderzoekers simuleren de lay-out van een van de 20 miljoen processors die zullen worden gebruikt om een energiezuinige supercomputer te bouwen die klimaatverandering kan modelleren met kilometerresolutie.
Op dit moment met supercomputers is geld het obstakel om een groter systeem te bouwen om grotere problemen aan te pakken, zegt John Shalf , een computerwetenschapper bij het Lawrence Berkeley National Laboratory. Met behulp van de huidige technologie zou een supercomputer die klimaatmodellen met hoge resolutie kan draaien, een energierekening van ongeveer $ 150 miljoen per jaar opleveren, zegt Shalf. Maar door een supercomputer te bouwen met processors die nauwkeurig zijn afgesteld om energie te besparen, vergelijkbaar met de benadering die wordt gebruikt in de mobiele elektronica-industrie, verwachten Shalf en zijn collega's dat ze een supercomputer kunnen draaien voor een fractie van de kosten.
De Berkeley-supercomputer maakt deel uit van een inspanning van klimaatwetenschappers om meer rekenkracht te brengen voor zeer complexe klimaatmodellen. Eerder deze maand kondigde het National Center for Atmospheric Research, in Boulder, CO, aan dat het een IBM-supercomputer zal gebruiken om de effecten van klimaatverandering te bekijken. De Berkeley-supercomputer zou echter een enorme verbetering zijn omdat hij veel energiezuiniger zou kunnen zijn.
Processoren voor algemene doeleinden, zoals die in personal computers, zijn krachtig en goedkoop genoeg geworden dat veel onderzoekers eenvoudig clusters van deze standaardprocessors hebben aangesloten om intensieve rekentaken uit te voeren. Hoewel deze aanpak werkt voor een aantal wetenschappelijke problemen, faalt het voor klimaatmodellen met een hoge resolutie: de berekening vereist gewoon te veel kracht.
Multimedia
Zie wetenschappers die een nieuwe benadering van energie-efficiënte supercomputing bespreken.
Terwijl een processor voor algemeen gebruik is gebouwd om een reeks bewerkingen aan te kunnen, is een iPod-processor bijvoorbeeld gespecialiseerd voor slechts een klein aantal taken. De onderzoekers van Berkeley gebruikten software van Tensilica, een chipfabrikant in Santa Clara, CA, die chips ontwikkelt voor Motorola, om een kern te bouwen met alleen de noodzakelijke functies. Bovendien hebben de onderzoekers het geheugen van de chip en de communicatiestructuur tussen de kernen op maat ontworpen om inefficiënties te verminderen en het stroomverbruik te minimaliseren.
In totaal zal de supercomputer uit 20 miljoen verwerkingskernen bestaan. De onderzoekers schatten dat, met 32 cores op een chip ter grootte van een matchbook, de hele supercomputer een ruimte ter grootte van een halve tennisbaan zal vullen. Eind dit jaar verwachten de onderzoekers een klimaatmodel op tientallen kernen te kunnen simuleren. Deze aanpak stelt de onderzoekers in staat om de hardware aan te passen om beter bij het model te passen, en om het model aan te passen aan de hardware. In plaats van een computer te bouwen en er vervolgens een wetenschappelijk probleem op te gooien, kijken we naar het wetenschappelijke probleem en bouwen we een computer die bij het probleem past, zegt Shalf.
Het gespecialiseerde klimaatmodel, dat is gebouwd door onderzoekers van de Colorado State University, verdeelt de wereld in 20 miljoen cellen - één voor elke processor - en zal de beweging van stormsystemen en weerfronten kunnen volgen. Wolken zijn de meest slecht gesimuleerde onderdelen van het klimaatsysteem, zegt Michael Wehner, klimaatonderzoeker in het Berkeley-lab. En dat heeft veel consequenties.
Momenteel schatten klimaatmodellen het gedrag van wolken met een resolutie van honderden kilometers. Dit betekent dat vergelijkbare klimaatmodellen drastisch verschillende resultaten opleveren. Bovendien zijn modellen met een hogere resolutie belangrijk bij het nemen van beleidsbeslissingen op regionaal niveau, zegt Wehner. Overheden kunnen bijvoorbeeld beslissen of ze gewassen willen verplaatsen, budgetteren voor meer water tijdens mogelijke toekomstige droogtes of de infrastructuur in kuststeden verbeteren. Verbeterde modellen zouden die beslissingen gemakkelijker moeten maken om te rechtvaardigen, zegt Wehner.
Toch is het onduidelijk of het supercomputerontwerp van de Berkeley-onderzoekers op de lange termijn daadwerkelijk geld zal besparen, aangezien de ontwerp- en fabricagekosten kunnen oplopen tot miljoenen dollars. En naarmate de onderzoekers dieper ingaan op het testen van het ontwerp, kunnen er uitdagingen zijn bij het ontwerpen van het inter-chip communicatiesysteem. Het probleem wanneer je veel van [de kernen] samenvoegt, is dat er vaak inefficiënties zijn bij het aggregeren ervan, zegt Mark Horowitz , een professor in elektrotechniek en computerwetenschappen aan de Stanford University, in Palo Alto, CA. Het is een heel interessant idee, zegt hij, maar het is niet duidelijk of het een succes zal worden of niet.