211service.com
En smartare superdator
Trots alla hästkrafter hos dagens superdatorer är ingen kraftfull nog att köra algoritmer som förutsäger framtida väder ner till kilometern – en upplösning som skulle tillåta forskare att modellera molnbeteende, förbättra den övergripande noggrannheten hos klimatmodeller och möjliggöra bättre politiska beslut om global uppvärmning. Men nu har forskare vid Lawrence Berkeley National Laboratory, i Berkeley, Kalifornien, designat en ny typ av superdator som kan vara tillräckligt kraftfull för att köra modeller med kilometerskaleprecision. Dessutom skulle den föreslagna superdatorn, som utnyttjar chipdesignteknik från mobiltelefoner och MP3-spelare, vara hundratals gånger mer energieffektiv än någon annan superdator, vilket gör den mer kostnadseffektiv att köra.
Provkörning: Forskare simulerar layouten på en av 20 miljoner processorer som kommer att användas för att bygga en kraftsnål superdator som kan modellera klimatförändringar med kilometers upplösning.
Just nu med superdatorer är pengar hindret för att bygga ett större system för att hantera större problem, säger John Shalf , en datavetare vid Lawrence Berkeley National Laboratory. Med dagens teknik skulle en superdator som kan köra högupplösta klimatmodeller producera en energiräkning på cirka 150 miljoner dollar per år, säger Shalf. Men genom att bygga en superdator med processorer som är finjusterade för att spara ström, liknande det tillvägagångssätt som används inom den mobila elektronikindustrin, förväntar sig Shalf och hans medarbetare att kunna köra en superdator för en bråkdel av kostnaden.
Berkeleys superdator är en del av ett försök från klimatforskare att ge mer beräkningskraft till mycket komplexa klimatmodeller. Tidigare denna månad meddelade National Center for Atmospheric Research, i Boulder, CO, att de kommer att använda en IBM-superdator för att titta på effekterna av klimatförändringar. Berkeleys superdator skulle dock vara en enorm förbättring eftersom den kan vara mycket mer energieffektiv.
Generella processorer, som de i persondatorer, har blivit tillräckligt kraftfulla och billiga för att många forskare helt enkelt kopplade ihop kluster av dessa standardprocessorer för att köra intensiva beräkningsuppgifter. Även om detta tillvägagångssätt fungerar för ett antal vetenskapliga problem, misslyckas det för högupplösta klimatmodeller: beräkningen kräver helt enkelt för mycket kraft.
Multimedia
Se forskare diskutera ett nytt tillvägagångssätt för energieffektiv superdator.
Medan en processor för allmänna ändamål är byggd för att hantera en rad olika funktioner, är en iPod-processor till exempel specialiserad för endast ett litet antal uppgifter. Berkeley-forskarna använde mjukvara från Tensilica, en chiptillverkare i Santa Clara, CA, som utvecklar chip för Motorola, för att bygga en kärna med bara de nödvändiga funktionerna. Dessutom specialdesignade forskarna chipets minne och kommunikationsstruktur mellan kärnor för att minska ineffektiviteten och minimera strömförbrukningen.
Totalt kommer superdatorn att bestå av 20 miljoner bearbetningskärnor. Forskarna uppskattar att med 32 kärnor på ett chip ungefär lika stort som en tändsticksbok kommer hela superdatorn att fylla ett utrymme som är lika stort som en halv tennisbana. I slutet av året räknar forskarna med att kunna simulera en klimatmodell på tiotals kärnor. Detta tillvägagångssätt kommer att tillåta forskarna att ändra hårdvaran för att bättre passa modellen, samt modifiera modellen så att den passar hårdvaran. Istället för att bygga en dator och sedan kasta ett vetenskapligt problem till den, tittar vi på det vetenskapliga problemet och bygger en dator för att passa problemet, säger Shalf.
Den specialiserade klimatmodellen, som är byggd av forskare vid Colorado State University, delar upp jordklotet i 20 miljoner celler – en för varje processor – och kommer att kunna spåra rörelsen hos stormsystem och väderfronter. Moln är de mest dåligt simulerade delarna av klimatsystemet, säger Michael Wehner, klimatforskare vid Berkeley-labbet. Och det får många konsekvenser.
För närvarande uppskattar klimatmodeller molnens beteende med en upplösning på hundratals kilometer. Det betyder att liknande klimatmodeller ger drastiskt olika resultat. Dessutom är modeller med högre upplösning viktiga när man fattar politiska beslut på regional nivå, säger Wehner. Till exempel kan regeringar bestämma om de ska flytta grödor eller inte, budgetera för mer vatten under potentiell framtida torka eller förbättra infrastrukturen i kuststäder. Förbättrade modeller borde göra dessa beslut lättare att motivera, säger Wehner.
Ändå är det oklart om Berkeley-forskarnas superdatordesign faktiskt kommer att spara pengar på lång sikt, eftersom design- och tillverkningskostnaderna kan uppgå till miljontals dollar. Och när forskarna dyker djupare in i att testa designen kan det finnas utmaningar med att designa kommunikationssystemet mellan chip. Problemet när du sätter ihop många av [kärnorna] är att det ofta finns ineffektivitet i att aggregera dem, säger Mark Horowitz , professor i elektroteknik och datavetenskap vid Stanford University, i Palo Alto, CA. Det är en riktigt intressant idé, säger han, men det är inte klart om det kommer att bli framgångsrikt eller inte.