Owen Little
0 
4193
647
Povijest računarstva puna je Flops-a.
Apple III imao je gadnu naviku kuhanja sebe u deformiranoj ljusci. Atari Jaguar, "inovativna" igraća konzola koja je imala lažne tvrdnje o svojim performansama, jednostavno nije mogao zahvatiti tržište. Intelov vodeći čip Pentium dizajniran za računovodstvene aplikacije visokih performansi imao je poteškoća s decimalnim brojevima.
Ali druga vrsta flopa koja prevladava u svijetu računanja je mjerenje FLOPS, dugo pozvano kao razumna usporedba različitih strojeva, arhitektura i sustava.
FLOPS je mjera operacija s plutajućom tačkom u sekundi. Jednostavno rečeno, to je brzinomjer za računalni sustav. I eksponencijalno raste već desetljećima.
Pa što ako vam kažem da ćete za nekoliko godina imati sustav koji sjedi za vašim stolom, televizorom ili telefonom koji bi obrisao pod današnjim superračunalima? Nevjerojatan? Ja sam luđak? Pogledajte povijest prije nego što presudite.
Superračunalo do Supermarketa
Nedavni Intel i7 Haswell Dakle, kakva je razlika između Intelovih Haswell i Ivy Bridge CPU-a? Kakva je onda razlika između Intelovih Haswell i Ivy Bridge CPU-a? Tražite novo računalo? Oni koji kupuju novo prijenosno računalo ili stolno računalo s Intelom moraju znati razlike između posljednje i najnovije generacije Intelovih procesora. procesor može izvesti oko 177 milijardi FLOPS-a (GFLOPS), što je brže od najbržeg superračunala u SAD-u 1994. godine, Sandia National Labs XP / s140 s 3.680 računalnih jezgara koji rade zajedno.
PlayStation 4 može raditi na oko 1,8 trilijuna FLOPS-a zahvaljujući naprednoj mikro-arhitekturi Cell i ojačao bi superračunalo ASCI Red 55 milijuna dolara koji je 1998. godine bio na vrhu svjetske lige superračunala, gotovo 15 godina prije nego što je PS4 objavljen.
IBM-ov Watson AI sustav IBM otkrio revolucionarni "Mozak na čipu" IBM otkrio revolucionarni "Mozak na čipu" Objavljen prošlog tjedna putem članka u Scienceu, "TrueNorth" je ono što je poznato kao "neuromorfni čip" - računalni čip dizajniran za imitiraju biološke neurone, za upotrebu u inteligentnim računalnim sustavima poput Watsona. ima (trenutačni) vrhunski rad od 80 TFLOPS-a, a to nije ni blizu što ga je uvrstio na Top 500 listu današnjih superračunala, s tim što je Kinez Tianhe-2 u posljednja 3 uzastopna slučaja na čelu među 500 najboljih, a vrhunske performanse iznosio je 54.902 TFLOPS, ili gotovo 55 Peta-FLOPS.
Veliko je pitanje gdje je sljedeće superračunalo veličine radne površine Najnovija računalna tehnologija koju morate vidjeti da biste vjerovali najnoviju računalnu tehnologiju koju morate vjerovati Provjerite neke od najnovijih računalnih tehnologija koje su postavljene da transformišu svijet elektronike i računala u sljedećih nekoliko godina. doći će? I još važnije, kada to dobivamo?
Još jedna opeka u zidu moći
U novijoj povijesti pokretačke snage između ovih impresivnih postignuća u brzini su u znanosti o materijalima i arhitekturi; manji postupci proizvodnje manjih razmjera nanometara znače da čips može biti tanji, brži i istjerati manje energije u obliku topline, što ih čini jeftinijima.
Također, s razvojem arhitekture više jezgara tijekom kasnih 2000-ih, mnogi su 'procesori' sada stisnuti na jedan čip. Ova tehnologija, u kombinaciji s rastućom zrelošću distribuiranih računalnih sustava, gdje mnoga 'računala' mogu raditi kao jedan stroj, znači da je Top 500 uvijek bio u porastu, samo o tome da drži korak s Mooreovim poznatim zakonom.
Međutim, zakoni fizike počinju da se sprečavaju na sav ovaj rast, čak je i Intel zabrinut zbog toga, a mnogi širom svijeta traže lovu na sljedeću stvar.
... za otprilike deset godina ili nešto više, vidjet ćemo urušavanje Mooreovog zakona. Zapravo već vidimo usporavanje Mooreovog zakona. Snaga računala jednostavno ne može održati svoj eksponencijalni uspon koristeći standardnu silicijumsku tehnologiju. - dr. Michio Kaku - 2012
Temeljni problem trenutnog dizajna je da su tranzistori ili uključeni (1) ili isključeni (0). Svaki put kada se tranzistorska vrata "okrenu", ona moraju izbaciti određenu količinu energije u materijal od kojeg su vrata napravljena kako bi taj "preokret" ostao. Kako se ova vrata smanjuju i smanjuju, omjer između energije za korištenje tranzistora i energije za "okretanje" tranzistora postaje sve veći i veći, stvarajući velike probleme grijanja i pouzdanosti. Postojeći sustavi približavaju se - a u nekim slučajevima i većima - gustoćom toplinske topline nuklearnih reaktora i materijala počinju propadati njihovi projektanti. To se klasično naziva "zid zida".
U posljednje vrijeme neki su počeli drugačije razmišljati o tome kako izvesti korisne račune. Dvije tvrtke su posebno privukle našu pažnju u pogledu naprednih oblika kvantnog i optičkog računanja. Kanadski D-Wave Systems i optalysys sa sjedištem u Velikoj Britaniji, koji imaju vrlo različite pristupe vrlo različitim problemima.
Vrijeme je za promjenu glazbe
D-Wave je u posljednje vrijeme dobio veliko tisak, sa svojom super ohlađenom zloslutnom crnom kutijom s izrazito cyberpunk-šiljkom u unutrašnjosti, koja sadrži zagonetni goli čip s teško zamislivim moćima.
U osnovi, D2 sustav koristi potpuno drugačiji pristup rješavanju problema tako što učinkovito izbacuje pravilnik o uzrocima i posljedicama. Dakle, kakve probleme ima ovaj Google / NASA / Lockheed Martin, podržao je behemoth koji ima za cilj?
Čovjek koji se divlja
Povijesno gledano, ako želite riješiti problem NP-Hard ili Intermediate, gdje postoji izuzetno velik broj mogućih rješenja koja imaju širok raspon potencijala, pomoću 'vrijednosti' klasični pristup jednostavno ne djeluje. Uzmimo za primjer problem Putničkog prodavača; s obzirom na N-gradove, pronađite najkraći put da posjetite sve gradove jednom. Važno je napomenuti da je TSP glavni čimbenik u mnogim područjima poput proizvodnje mikročipa, logistike, pa čak i sekvenciranja DNK,
Ali svi ti problemi svode se na prividno jednostavan postupak; Odaberite točku s koje biste započeli, generirajte rutu oko N 'stvari', izmjerite udaljenost i ako je postojeća ruta kraća od nje, odbacite pokušani put i prijeđite na slijedeću dok nema više ruta za provjeru.
To zvuči lako, a za male vrijednosti jest; za 3 grada postoje 3 * 2 * 1 = 6 ruta za provjeru, za 7 gradova postoji 7 * 6 * 5 * 4 * 3 * 2 * 1 = 5040, što nije loše za računalo. Ovo je faktorski niz i može se izraziti kao “N!”, pa je 5040 7!.
Međutim, ako idete samo malo dalje, do 10 gradova koje ćete posjetiti, trebate testirati preko 3 milijuna ruta. Kad dođete do 100, slijedi 9 ruta koje trebate provjeriti 157 znamenki. Jedini način gledanja na ove vrste funkcija je korištenje logaritamskog grafikona, gdje os y počinje od 1 (10 ^ 0), 10 (10 ^ 1), 100 (10 ^ 2), 1000 (10 ^ 3) ) i tako dalje.
Brojevi postaju preveliki da bismo ih mogli razumno obraditi na bilo kojem stroju koji danas postoji ili može postojati koristeći klasične računalne arhitekture. Ali ono što radi D-Wave vrlo je različito.
Vezuv izlazi
Vesuviusov čip u D2 koristi oko 500 'kubika' ili Kvantnih bita za izvođenje ovih izračuna pomoću metode koja se naziva Kvantno žarenje. Umjesto mjerenja svake rute odjednom, Vezuvi Qubiti postavljeni su u stanje superpozicije (ni uključeno ni isključeno, djelujući zajedno kao vrsta potencijalnog polja) i niz sve složenijih algebričnih opisa rješenja (tj. Niza Hamiltonijevih opisi rješenja, a ne rješenje) primjenjuju se na polje superpozicije.
U stvari, sustav istodobno testira prikladnost svakog potencijalnog rješenja, poput lopte koja 'odlučuje' koji će se put spustiti niz brdo. Kad se superpozicija opušta u osnovno stanje, to prizemno stanje qubita treba opisati optimalno rješenje.
Mnogi su se pitali koliku prednost D-Wave sustav daje u odnosu na konvencionalno računalo. U nedavnom testu platforme protiv tipičnog putničkog problema Saleman, kojem je za klasično računalo trebalo 30 minuta, na Vesuviusu je trebalo samo pola sekunde.
Međutim, da budemo jasni, to nikada neće biti sustav na kojem igrate Doom. Neki komentatori pokušavaju usporediti ovaj visoko specijalizirani sustav s procesorom opće namjene. Bilo bi vam bolje da usporedite podmornicu klase Ohio sa F35 munje; bilo koja mjerna vrijednost koju odaberete za jednu toliko je neprikladna za drugu da je beskorisna.
D-Wave se brže kreće za nekoliko reda veličine za svoje specifične probleme u usporedbi sa standardnim procesorom, a FLOPS procjene kreću se od relativno impresivnih 420 GFLOPS do fantastičnih 1,5 Peta-FLOPS (Stavljanje u top 10 superračunala popis 2013. u vrijeme posljednjeg javnog prototipa). Ako ništa drugo, taj nesrazmjer ističe početak kraja FLOPS-a kao univerzalno mjerenje kada se primjenjuje na specifična problematična područja.
Ovo područje računanja usmjereno je na vrlo specifičan (i vrlo zanimljiv) niz problema. Zabrinjavajući, jedan od problema unutar ove sfere je kriptografija Kako šifrirati svoj Gmail, Outlook i drugu Webmail. Evo kako šifrirati Gmail, Outlook.com i druge račune pošte. - posebno kriptografija s javnim ključem.
Srećom D-Wave-ova implementacija izgleda usredotočena na algoritme optimizacije, a D-Wave je donio neke dizajnerske odluke (poput hijerarhijske peering strukture na čipu) koje ukazuju na to da ne možete koristiti Vezuv za rješavanje Shor-ovog algoritma koji bi potencijalno mogao otključati Internet tako loše da bi Robert Redford bio ponosan.
Laserska matematika
Druga kompanija na našoj listi je Optalysys. Ova tvrtka sa sjedištem u Velikoj Britaniji uzima računarstvo i okreće ga glavom koristeći analogni superpozicij svjetla za obavljanje određenih klasa računanja koristeći prirodu svjetla. Video u nastavku prikazuje neke pozadine i osnove sustava Optalysys, koje je predstavio prof. Heinz Wolff.
To je pomalo mahanje rukom, ali u osnovi, to je kutija koja će, nadamo se, jednog dana sjesti za vaš stol i pružiti podršku za računanje simulacija, CAD / CAM i medicinskih slika (i možda, možda samo, računalnih igara). Poput Vezuva, nema šanse da rješenje Optalysys obavlja zadaće računara, ali to nije ono za što je dizajniran.
Korisni način razmišljanja o ovom stilu optičke obrade jest misliti na njega kao na fizičku grafičku procesorsku jedinicu (GPU). Moderni GPU Upoznajte svoj grafički akcelerator u dosadnim detaljima s GPU-Z [Windows] Upoznajte svoj grafički akcelerator u dosadnim detaljima s GPU-Z [Windows] GPU, odnosno grafička procesorska jedinica, dio je vašeg računala rukovanja grafikom. Drugim riječima, ako su igre kompatibilne na vašem računalu ili ne može podnijeti postavke vrlo visoke kvalitete,… upotrijebite mnogo mnogih procesora za strujanje paralelno, izvodeći isto računanje na različitim podacima koji dolaze iz različitih područja memorije. Ta je arhitektura došla kao prirodni rezultat načina na koji se generira računalna grafika, ali ova masovno paralelna arhitektura korištena je za sve, od trgovanja visokim frekvencijama, do umjetnih neuronskih mreža.
Optalsys ima slična načela i prevodi ih u fizički medij; podjela podataka postaje cijepanje snopa, linearna algebra postaje kvantna interferencija, funkcije u stilu MapReduce postaju optički filtriranje. I sve ove funkcije djeluju u neprekidnom, učinkovito trenutnom vremenu.
Početni prototip uređaj koristi 20Hz 500 × 500 elemenata za izvođenje brzih Fourierovih transformacija (u osnovi), “koje se frekvencije pojavljuju u ovom ulaznom toku?”) i isporučio je poticajni protuvrijednost od 40 GFLOPS. Razvojni programeri ciljaju sustav 340 GFLOPS do sljedeće godine, što bi s obzirom na procijenjenu potrošnju energije bio impresivan rezultat.
Pa gdje je moja crna kutija?
Povijest računalstva Kratka povijest računala koja su promijenila svijet Kratka povijest računala koja su promijenila svijet Možete provesti godine uranjajući u povijest računala. Postoje tona izuma, tona knjiga o njima - i to je prije nego što započnete upadati u prst, što se neizbježno događa kada… pokazuje nam da ono što je u početku rezerva istraživačkih laboratorija i vladinih agencija brzo ulazi u potrošački hardver. Nažalost, povijest računanja još se nije morala baviti ograničenjima zakona fizike.
Osobno, mislim da D-Wave i Optalysys neće biti točne tehnologije koje imamo na našim stolovima za 5-10 godina. Smatrajte da je prvi prepoznatljiv “Pametni sat” otkriven je 2000. godine i propao je bijedno; ali suština tehnologije nastavlja se i danas. Isto tako, ova će istraživanja u Quantum i Optical računskim akceleratorima vjerojatno završiti kao fusnote u „sljedećoj velikoj stvari“..
Znanost o materijalima približava se biološkim računalima, koristeći strukture slične DNK za izvođenje matematike. Nanotehnologija i 'Programirajuća materija' približavaju se pitanju, a ne obradi 'podatke', sam materijal će sadržavati, predstavljati i obrađivati informacije.
Sve u svemu, to je hrabar novi svijet za računalnog znanstvenika. Što mislite, kuda to ide? Razgovarajmo o tome u komentarima!
Krediti za fotografije: KL Intel Pentium A80501 Konstantin Lanzet, crveni Asci - tflop4m američke vlade - Sandia National Laboratories, DWave D2 Vancouver Sun, DWave 128chip tvrtke D-Wave Systems, Inc., Putnički prodavač Problem Randall Munroe (XKCD)