Jedna z przeszkód dalszego rozwoju superkomputerów, a w tym być może sztucznej inteligencji, jest prozaiczna – za bardzo się grzeją.
Z uśmiechem politowania i poczuciem wyższości wspominamy pierwsze komputery wielkości mieszkania o mocy obliczeniowej dzisiejszego kalkulatora. Jednak przy całym błyskawicznym postępie w dziedzinie coraz ciaśniejszego upakowania tranzystorów, cały czas borykamy się z kilkoma zasadniczymi problemami technologicznymi.
Pierwszy to zasilanie, przy zachowaniu tempa rozwoju mocy obliczeniowej superkomputerów, najdalej za 20 lat, będziemy w sytuacji, kiedy nie będziemy w stanie w skali globu wytworzyć odpowiedniej ilości energii elektrycznej by je zasilać. Wiąże się to z drugim problem, obecne komputery marnotrawią olbrzymie ilości prądu. Pod względem wykorzystania energii elektrycznej procesory są przede wszystkim grzejnikami. W dużych centrach obliczeniowych nawet 50% energii elektrycznej jest zużywana na chłodzenie.
Nadprodukcja ciepła ma wpływ na konstrukcję komputerów. Między elementami musi być pusta przestrzeń, aby powietrze było w stanie odprowadzić ciepło z radiatorów. Obieg powietrza wymuszają wentylatory, następnie gorące powietrze w serwerowniach schładzają klimatyzatory. Pod względem objętości, tylko 1% komputera jest wykorzystywana na przetwarzanie informacji, 99% służy głównie zasilaniu i chłodzeniu. Największe superkomputery na świecie, takie jak chiński Tianhe-2 mają moc rzędu 34 petaflopów, którą osiąga z wykorzystaniem 32,000 procesorów. Za dwadzieścia lat superkomputery mogą osiągnąć stopień przetwarzania o 300,000 razy większy, tyle że ze względu na chłodzenie powietrzem zajmowałyby obszar boiska piłkarskiego.
Chłodzenie cieczą zamiast powietrzem przynosi znaczne oszczędności na rachunku za prąd. SuperMUC w Niemczech to superkomputer o mocy 3 petaflopów, jeden z najszybszych w Europie, zbudowany przez IBM, w którym ciepło jest odprowadzane z wykorzystaniem, to nie pomyłka, ciepłej wody, której energia jest potem odzyskiwana. Temperatura wody na wejściu ma 35C, na wyjściu może dochodzić do 70C. Oszczędności na prądzie sięgają 40%, a nadmiar ciepła ogrzewa pobliski budynek biurowy.
Inżynierowie IBM pracują nad następnym krokiem. Inspirują się ludzkim mózgiem, w którym upakowanie ‚procesorów’ jak i efektywność energetyczna jest wielokrotnie większa niż w dzisiejszych komputerach. Wydatek energetyczny mózgu można porównać do jednej 25W żarówki. Zasilacz w typowym komputerze stacjonarnym to dajmy na to 600W. Wydajność i elegancja architektury mózgu jest osiągnięta w genialnie prosty sposób. Mózg jest chłodzony cieczą, krwią, która jednocześnie go ‚zasila’.
Gdyby udało się opracować podobny elektroniczny krwiobieg dla superkomputerów, można by zlikwidować puste przestrzenie i w całej objętości upchać procesory, zmniejszyć odległości między nimi, zredukować konsumpcję energii. Niewykluczone, że kiedyś taki superkomputer będzie stał na każdym biurku, jak niegdyś komputer osobisty, z tym że zamiast szumu wentylatora, będziemy słuchać miarowego tłoczenia pompy wymuszającej obieg naładowanej elektrycznie cieczy.
Źródło grafiki: pixabay.com