Ученые разработали "электронную кровь", чтобы питать самые мощные компьютеры в мире.

Инженеры одной из крупнейших мировых технологических компаний столкнулись с проблемой: современные суперкомпьютеры становятся настолько мощными, что у нас может попросту не хватить энергии, чтобы их питать. Чтобы совладать с этой проблемой, компания IBM решила взять пример с машины, которая находится в наших руках уже тысячи лет – с нашего собственного мозга.

Человеческий мозг в тысячи раз плотнее и эффективнее любого современного компьютера, поскольку он использует одну и ту же сеть кровеносных сосудов для переноса тепла и энергии одновременно.

Новая технология IBM, которую окрестили «электронной кровью», вероятно, находится в десятках лет от полной развёртки. Однако исследователи уже продемонстрировали её возможности в лабораторных условиях. Суть её заключается в том, что жидкость заряжается электрическим током и направляется в процессоры компьютера, одновременно охлаждая их и отдавая необходимую им энергию.

Гигантские размеры современных суперкомпьютеров отчасти обусловлены именно тем, что огромное количество выделяемого ими тепла не позволяет разместить их чипы близко друг к другу. Но если их оборудовать жидкостной системой охлаждения и электропитания, их чипы можно будет размещать в трёх измерениях, что радикально уменьшит размеры системы.

На сегодняшний день «петафлопный» компьютер – способный выполнять один квадриллион операций в секунду – занимает примерно половину футбольного поля. IBM полагает, что с помощью трёхмерной архитектуры и электронной крови его габариты можно уменьшить до размеров настольного компьютера.

Также на сегодня почти половина всей энергии, которую потребляют подобные системы, идёт на питание охлаждающих систем. К примеру, в США дата-центры ответственны почти за 2 процента энергопотребления страны.

При этом по прогнозам учёных, в течение менее чем 20 лет самые быстрые суперкомпьютеры мира теоретически смогут выполнять триллион миллиардов операций в секунду — в 300 тысяч раз больше, чем сегодня. Однако с учётом текущего уровня технологий, говорит IBM, такой компьютер будет потреблять больше энергии, чем может произвести наша планета.

Электронная &кровь& для компьютера

Как бы это не странно звучало, но в скором времени компьютеры будут нуждаться в крови точно также как человек. Так уже в ближайшие время суперкомпьютер IBM будет питаться  «электронной кровью».

Инженеры одной большой IT & компаний столкнулись с проблемой: современные суперкомпьютеры становятся очень прожорливыми в плане энергопотребления, и в скором времени придется строить атомную электростанцию  для каждого отдельного суперкомпьютера. Инженеры компании IBM реши позаимствовать у самой матушки природы, и взять систему энергопитания живого организма, а точней мозга мозга.

Человеческий мозг в тысячи раз плотнее и эффективнее любого современного компьютера, поскольку он использует одну и ту же сеть кровеносных сосудов для переноса тепла и энергии одновременно.

Новая технология IBM, которую окрестили «электронной кровью», вероятно, находится в десятках лет от стадии разработки до беспосредственного воплощения. Однако исследователи уже продемонстрировали её возможности в лабораторных условиях. Суть её заключается в том, что жидкость заряжается электрическим током и направляется в процессоры компьютера, одновременно охлаждая их и отдавая необходимую им энергию.

Гигантские размеры современных суперкомпьютеров отчасти обусловлены именно тем, что огромное количество выделяемого ими тепла не позволяет разместить их чипы близко друг к другу. Но если их оборудовать жидкостной системой охлаждения и электропитания, их чипы можно будет размещать в трёх измерениях, что радикально уменьшит размеры системы.

На сегодняшний день «петафлопный» компьютер –способный выполнять один квадриллион операций в секунду – занимает примерно половину футбольного поля. IBM полагает, что с помощью трёхмерной архитектуры и электронной крови его габариты можно уменьшить до размеров настольного компьютера. Вот только, мне лично, одно не ясно, как будет охлаждаться и заряжаться данная электронная кровь для компьютера и сколько при этом будет расходоваться электричества.

Также на сегодня почти половина всей энергии, которую потребляют подобные системы, идёт на питание охлаждающих систем. К примеру, в США дата-центры ответственны почти за 2 процента энергопотребления страны, а как вы знаете США потребляет не мало электроэнергии.

При этом по прогнозам учёных, в течение менее чем 20 лет самые быстрые суперкомпьютеры мира теоретически смогут выполнять триллион миллиардов операций в секунду — в 300 тысяч раз больше, чем сегодня. Однако с учётом текущего уровня технологий, говорит IBM, такой компьютер будет потреблять больше энергии, чем может произвести наша планета.

Опубликовано: 16 Июн 2014 в рубрике: Компьютеры

Создавая суперкомпьютеры, инженеры IBM столкнулись с проблемой роста: чем мощнее суперкомпьютер, тем больше нужно электроэнергии для его питания.

В результате в не столь отдаленной перспективе ситуация зайдет в тупик: провода будут не в состоянии перенести больше тока, чем некоторая заранее определенная величина. Не менее серьезная проблема связана с охлаждением. Недаром в некоторых суперкомпьютерах IBM лишь 1% объема корпуса занимают вычислительные компоненты, остальные 99% — это системы охлаждения и питания. Другими словами, современные суперкомпьютеры энергетически крайне неэффективны.

Выходом из ситуации стало применение системы водяного охлаждения, на разработку которой инженеров 1ВМ вдохновил& человеческий мозг. Наш мозг — это практически идеальная модель подобной системы, он примерно в 10 тысяч раз эффективнее любого современного компьютера по соотношению мощности и энергоэффективности.

Проект создания энергоэффективной системы предусматривает производство микроскопических капилляров для отвода тепла. Кроме того, будут применяться специальные — нейросинаптические — чипы, выполненные на экспериментальной платформе SyNAPSE, которые функционируют по принципу, «подсмотренному» у головного мозга . Капилляры для отвода тепла исследователи и назвали «электронной кровью». Отметим, что работа над проектом началась осенью 2013 года, заказчиком выступает Министерство обороны США.

Все бы хорошо, но «электронная кровь» решает лишь проблему охлаждения, проблема же питания суперкомпьютеров остается при этом нерешенной. Однако концепция «электронной крови» позволит не только охлаждать суперкомпьютер через капилляры, но и питать его энергией . Окислительно-восстановительные реакции, обеспечивающие приток энергии с помощью «электронной крови», могли бы заменить электроэнергию, применяемую напрямую по проводам.

В качестве «электронной крови» инженеры IBM предлагают применять жидкость на основе соединений ванадия. Такой электролит получал бы заряд на электродах,

после чего отдавал энергию микрочипам в вычислительном блоке.

Впрочем, это очень-очень далекая перспектива. По словам исследователей из IBM Патрика Руха и Мишеля Брюна , реализация идеи питания суперкомпьютера «электронной кровью» может быть внедрена не ранее 2060 года. Впрочем, перспективы рисуются вполне радужными: суперкомпьютер производительностью 1 квадриллион операций с плавающей точкой в секунду на «электронной крови» сравнится по размерам с обычным настольным ПК. Проблемы же с «электронной кровью» следующие. Во-первых, необходимо поддерживать очень низкую вязкость жидкости . Другая задача — преодолеть силу поверхностного натяжения, ибо она препятствует движению воды у стенок сосудов. Кроме того, требуется очень высокая скорость обмена энергией — в настоящее время она и близко недостижима.

IBM: «электронная кровь» для компьютерного мозга

Однажды мы рассказывали об экспериментальной платформе SyNAPSE — вычислительных чипах, функционирующих по принципу человеческого мозга. Над этим проектом трудится корпорация IBM при финансовой поддержке Управления перспективных исследований Министерства обороны США .

А сегодня поговорим о другой инициативе IBM по имитации процессов живого организма в машинах — «электронной крови» для компьютерных процессоров.

Человеческий мозг обладает феноменальной вычислительной мощностью, заключённой в небольшом объёме черепной коробки. При этом он расходует совсем немного энергии, а подача питательных веществ и отвод тепла осуществляются жидкостным способом — вместе с кровью.

Такой же подход попытались воспроизвести в экспериментальной компьютерной системе исследователи IBM Патрик Рух и Бруно Мишель из лаборатории в Цюрихе .

Экспериментальный чип IBM .

Учёные говорят, что наш мозг в 10 тыс. раз мощнее и энергоэффективнее любого современного компьютера. Один из секретов — чрезвычайно действенная система сосудов и капилляров, одновременно питающая нервные клетки и отводящая излишки тепла. В случае с компьютерами такой подход теоретически позволит к 2060 году создать систему мощностью 1 петафлопс , помещающуюся на обычном письменном столе. Сейчас подобный комплекс занимает площадь, сопоставимую с половиной футбольного поля.

IBM поясняет, что в нынешних компьютерах 99% объёма корпуса отводится под охлаждение и различные элементы питания. И только 1% достаётся вычислительным компонентам. В человеческом мозге на функциональную составляющую приходится 40% объёма, на охлаждение и обеспечение питательными веществами — 10%.

Одно из направлений повышения эффективности работы процессоров заключается в применении 3D-компоновки чипов. Но проблема в том, что в многоярусных конструкциях крайне затруднён отвод тепла. В IBM предлагают решить эту задачу с помощью интеграции тончайших каналов с охлаждающей жидкостью между вычислительными блоками.

Но что насчёт доставки энергии? Для этого планируется применять жидкость особого состава, обеспечивающую окислительно-восстановительную реакцию. В тестах использовалась «электронная кровь» на основе ванадия. сначала такой электролит получал заряд на электродах, а затем направлялся в вычислительный блок, где передавал энергию микрочипам.

Увы, пока «электронная кровь» IBM — это лишь экспериментальная модель питания и охлаждения компьютерных процессоров. На то, чтобы технология получила право на жизнь, понадобятся многие годы исследований и испытаний.

Подготовлено по материалам Би-би-си .

«Электронная кровь» для суперкомпьютеров

Современное развитие рынка персональных компьютеров не отменило необходимость создания суперкомпьютеров. Такие машины предназначены для решения сложнейших задач общегосударственного или мирового масштаба. Сегодня их производство имеет штучный характер, потребность в них, по сравнению с персональными устройствами невелика, но и мощность в тысячи раз превышает лучшие модели ПК.

Специалисты IBM – одного из лидеров в производстве суперкомпьютеров – предложили использовать в суперкомпьютерах жидкость, которая одновременно будет его охлаждать и питать энергией. Естественный аналог такого использования жидкости – человеческий мозг, ведь циркуляция крови одновременно обеспечивает мозгу необходимую энергию и теплообмен. По аналогии жидкость для суперкомпьютера назвали «электронной кровью».

В чём ценность этой идеи? Попробуем разобраться.

При разработке и производстве суперкомпьютеров специалисты сталкиваются с многочисленными проблемами, главные из которых – колоссальное потребление электроэнергии и огромные размеры. Так, суперкомпьютер, способный выполнять в секунду квадриллион операций , сегодня занимает площадь, равную почти половине футбольного поля.

Гигантские размеры и энергорасходы суперкомпьютеров во многом обусловлены огромным количеством выделяемого ими тепла, из-за чего чипы нельзя размещать близко друг к другу, и почти половину энергии приходится тратить не на работу этих «монстров», а на их охлаждение. Неудивительно, что уже сегодня в США на компьютерные центры приходится 2% энергопотребления страны.

В IBM пришли к выводу, что при современных темпах увеличения мощности уже через 20 лет один такой компьютер будет потреблять больше энергии, чем её производится во всём мире.

Специалисты считают, что, использование в суперкомпьютерах жидкостной системы охлаждения и электропитания позволит уменьшить не только их энергопотребление, но и размеры, ведь тогда и чипы можно будет размешать гораздо компактнтей. Такая возможность уже было проверена в лабораториях IBM, однако исследователи считают, что для её практического применения понадобятся ещё годы работы.

Суперкомпьютеры будущего: электронная кровь

Производительность компьютеров непрерывно растет. Достигается это за счет все миниатюризации электронных схем, высоких частот и токов. Каждые два года количество транзисторов в микросхеме на единицу площади удваивается, что позволило появиться всем видам современных персональных компьютеров.

Согласно заявлению директора департамента исследований корпорации IBM Маттиаса Кайзерверта, суперкомпьютеры будущего будут иметь значительно большее подобие с биосистемами. Архитектура их микросхем в бионической концепции будет трехмерной: чипы будут располагаться друг над другом, а между слоями будет циркулировать так называемая электронная кровь. Она представляет собой электролит, подающий к системе ток и одновременно охлаждающий систему. По оценке экспертов подобная система может появиться в течение ближайших 10 лет. Если удастся реализовать данный принцип, эффективность компьютерных систем возрастет в 10000 раз: произойдет качественный скачек, который откроет эпоху искусственного интеллекта.

Источники: telegraf.com.ua, ainotech.com, htech-world.ru, loricsin.livejournal.com, si-sv.com, www.objectiv-x.ru