211service.com
En smartere supercomputer
På trods af alle de hestekræfter, som nutidens supercomputere har, er ingen kraftfulde nok til at køre algoritmer, der forudsiger fremtidigt vejr ned til kilometer – en opløsning, der ville give forskere mulighed for at modellere skyadfærd, forbedre den overordnede nøjagtighed af klimamodeller og muliggøre bedre politiske beslutninger om global opvarmning. Men nu har forskere ved Lawrence Berkeley National Laboratory i Berkeley, Californien, designet en ny type supercomputer, der kunne være kraftig nok til at køre modeller med kilometer-skala-præcision. Derudover ville den foreslåede supercomputer, som udnytter chipdesignteknologi fra mobiltelefoner og MP3-afspillere, være hundredvis af gange mere strømeffektiv end nogen anden supercomputer, hvilket gør den mere omkostningseffektiv i drift.
Test løb: Forskere simulerer layoutet af en af 20 millioner processorer, der skal bruges til at bygge en strømeffektiv supercomputer, der kan modellere klimaændringer med kilometeropløsning.
Lige nu med supercomputere er penge en hindring for at bygge et større system til at tackle større problemer, siger John Shalf , en datalog ved Lawrence Berkeley National Laboratory. Ved at bruge nutidens teknologi vil en supercomputer, der er i stand til at køre klimamodeller i høj opløsning, producere en energiregning på omkring 150 millioner dollars om året, siger Shalf. Men ved at bygge en supercomputer med processorer, der er finjusteret til at spare strøm, i lighed med den tilgang, man bruger i den mobile elektronikindustri, forventer Shalf og hans kolleger at kunne køre en supercomputer til en brøkdel af prisen.
Berkeley-supercomputeren er en del af en indsats fra klimaforskere for at bringe mere regnekraft til meget komplekse klimamodeller. Tidligere på måneden annoncerede National Center for Atmospheric Research i Boulder, CO, at det vil bruge en IBM-supercomputer til at se på virkningerne af klimaændringer. Berkeley-supercomputeren ville dog være en enorm forbedring, fordi den kunne være langt mere energieffektiv.
Generelle processorer, såsom dem i personlige computere, er blevet kraftfulde og billige nok til, at mange forskere simpelthen har tilsluttet klynger af disse standardprocessorer til at køre intense beregningsopgaver. Selvom denne tilgang virker for en række videnskabelige problemer, fejler den for klimamodeller med høj opløsning: beregningen kræver simpelthen for meget strøm.
Multimedier
Se forskere diskutere en ny tilgang til energieffektiv supercomputing.
Mens en processor til generelle formål er bygget til at håndtere en række operationer, er en iPod-processor for eksempel kun specialiseret til et lille antal opgaver. Berkeley-forskerne brugte software fra Tensilica, en chipproducent i Santa Clara, CA, der udvikler chips til Motorola, til at bygge en kerne med kun de nødvendige funktioner. Derudover specialdesignede forskerne chippens hukommelse og kommunikationsstruktur mellem kerner for at reducere ineffektivitet og minimere strømforbruget.
I alt vil supercomputeren bestå af 20 millioner processorkerner. Forskerne vurderer, at med 32 kerner på en chip på størrelse med en tændstikbog, vil hele supercomputeren fylde et rum på størrelse med en halv tennisbane. Ved årets udgang forventer forskerne at kunne simulere en klimamodel på snesevis af kerner. Denne tilgang vil give forskerne mulighed for at ændre hardwaren, så den passer bedre til modellen, samt ændre modellen, så den passer til hardwaren. I stedet for at bygge en computer og derefter kaste et videnskabeligt problem til den, kigger vi på det videnskabelige problem og bygger en computer, der passer til problemet, siger Shalf.
Den specialiserede klimamodel, som er bygget af forskere ved Colorado State University, opdeler kloden i 20 millioner celler - en for hver processor - og vil være i stand til at spore stormsystemers og vejrfronters bevægelser. Skyer er de dårligst simulerede dele af klimasystemet, siger Michael Wehner, klimaforsker ved Berkeley-laboratoriet. Og det har mange konsekvenser.
I øjeblikket estimerer klimamodeller skyernes opførsel med en opløsning på hundredvis af kilometer. Det betyder, at lignende klimamodeller giver drastisk forskellige resultater. Desuden er modeller med højere opløsning vigtige, når de træffer politiske beslutninger på regionalt niveau, siger Wehner. For eksempel kan regeringer beslutte, om de vil flytte afgrøder eller ej, budgettere med mere vand under potentielle fremtidige tørkeperioder eller forbedre infrastrukturen i kystbyer. Forbedrede modeller burde gøre disse beslutninger nemmere at retfærdiggøre, siger Wehner.
Alligevel er det uklart, om Berkeley-forskernes supercomputerdesign rent faktisk vil spare penge i det lange løb, da design- og fremstillingsomkostningerne kan løbe op i millioner af dollars. Og efterhånden som forskerne dykker dybere ned i at teste designet, kan der være udfordringer med at designe inter-chip kommunikationssystemet. Problemet, når du sætter mange af [kernerne] sammen, er, at der ofte er ineffektivitet i at aggregere dem, siger Mark Horowitz , professor i elektroteknik og datalogi ved Stanford University i Palo Alto, CA. Det er en rigtig interessant idé, siger han, men det er ikke klart, om det bliver en succes eller ej.