Konec počítačů, tak jak je známe: HP představuje The Machine

Transkript

1 Konec počítačů, tak jak je známe: HP představuje The Machine Posledních 60 let je architektura počítačů stále stejná. Pokud však vezmeme v úvahu exponenciálně se zvyšující potřebu zpracovávat data, dostaneme se již v dohledné době do neřešitelné situace s ohledem na spotřebu energie. Šetříme, hledáme alternativní zdroje, ale malé změny nestačí. Potřebujeme násobně větší výkon při tisícinásobné úspoře energie Seznamte se s HP The Machine, s novou, převratnou architekturou, která změní svět datových center, ale i váš telefon. Musíme něco měnit? Představte si svět v letech K internetu budou připojeny více než 3 miliardy lidí. Lidstvo jako celek bude generovat čím dál tím víc informací a toto tempo se bude exponenciálně zrychlovat. Každý člověk bude využívat v průměru asi pět připojených zařízení mobilní telefon, tablet, notebook, automobil, hodinky nebo náramek snímající zdravotní stav, televizi, herní konzoli apod. HP Solutions #6 1/5

2 Na vzestupu bude Internet věcí (Internet of Things), senzorické technologie, umělá inteligence. Všechna zařízení, která se nějakou mírou budou podílet na získávání či zpracování informací, budou mít uvnitř rychlou paměť s takřka nulovou spotřebou elektrické energie, která je schopna uchovat informace i po vypnutí. Běžná velikost této paměti v zařízení typu mobilního telefonu bude okolo 100 terabytů!!!!! Všechna mobilní i stacionární zařízení budou připojena na mamutí cloudová datová centra, která budou hostovat aplikace a indexovat yottabyty dat v distribuovaných sítích. Tato datová centra budou spotřebovávat jednu setinu energie dnešních nejmodernějších datových center a tím budou mnohonásobně snižovat náklady na jejich provoz. Pohádka? Utopie? Nikoliv, toto bude nutnost. A se stávající architekturou bohužel nedosažitelný stav. Proto HP již několik let většinu finančních prostředků alokovaných na výzkum dává do vývoje projektu, jehož ambicí je umožnit výše popsaný stav. Tento projekt se nazývá THE MACHINE. Základní principy The Machine Základním principem The Machine je efektivní využití obecných fyzikálních možností. Platí, že elektrony jsou ideálním prostředkem pro výpočetní logiku, fotony (světlo) jsou perfektní pro přenášení informací (prakticky se neztrácí, světlo má obrovskou škálu frekvencí vln, tedy barev, a tím i přenosových kanálů, optické cesty se vzájemně neruší) a pro ukládání informací jsou výborné ionty. Elektrony Výpočty Fotony Propojení + + Ionty Univerzální paměť SoC SystemonChip integrace systémů na jednu desku křemíku Výpočetní stroj budoucnosti tak využije specializované výpočetní obvody (SoC), univerzální paměti a optické propojení čipů. To je The Machine. Jednoduché, že? Abych vám mohl objasnit, v čem je princip této technologie budoucnosti revoluční, vyjdeme z aktuálního stavu. Od vynálezu tranzistoru se vývoj v oblasti počítačů významně posunul kupředu, ale když to zjednoduším, tak tato architektura obsahuje 3 základní komponenty procesor, hierarchickou paměť a vstupněvýstupní zařízení, jako je třeba klávesnice, monitor nebo tiskárna. Procesory, optimalizované pro jednotlivé úlohy Většina výpočetních úkolů je tradičně prováděna generickým procesorem systémem, který zvládne vše. Proti tomu ale stojí specializované komponenty, které pro konkrétní aplikace nabízí mnohdy 100x až 1000x větší výkon vs. spotřeba. Příkladem může být DSP čip pro kódování hlasu nebo GPU pro zpracování grafiky. Univerzálnost sehrála důležitou historickou úlohu, ale budoucnost bude patřit efektivitě. HP Solutions #6 2/5

3 A také integraci celých systémů na jedinou desku křemíku, tedy SystemonChip (SoC). To znamená, že vezmete CPU, grafické jádro, paměť a třeba komunikační čip a natisknete na jedinou destičku. Proč? Především kvůli efektivitě ve spotřebě. Základem The Machine tedy jsou výpočetní procesory, ale optimalizované pro různé úlohy. Zdroje se přidělují aplikacím podle toho, co je potřeba udělat. V dnešní architektuře bohužel procesor spoustu času promarní čekáním na data nebo přesouváním dat z pomalejší paměti do té rychlejší a zpátky. Už jen jedna paměť. Univerzální. Dnešní hierarchická paměť se skládá z velmi rychlé a drahé paměti (cache paměť přímo na chipu, operační paměť umístěná někde blízko procesoru) a potom z dalších druhů datových úložišť, jako jsou páskové jednotky, pevné disky nebo dnes modernější SSD/Flash disky. V dnešní architektuře bohužel procesor spoustu času promarní čekáním na data nebo přesouváním dat z pomalejší paměti do té rychlejší a zpátky. Typické kapacity těchto pamětí jsou od megabytů až po stovky terabytů a čím jsou rychlejší, tím mají vyšší spotřebu elektrické energie. Což je pro nás tím největším problémem. A teď si představte, že někdo na světě vynalezne paměť, která bude svojí rychlostí srovnatelná s dnešní běžnou operační pamětí typu DRAM, bude mít jen nepatrnou spotřebu elektrické energie a mnohonásobně vyšší kapacitu než dnešní největší pevné disky. Dnešní stav využívání paměti Rychlost se zvyšuje Cena za 1 bit se zvyšuje SRAM DRAM Flash Hard disk Kapacita Budoucí stav využívání paměti Rychlost je konstantní Cena za 1 bit je konstantní Univerzální paměť Kapacita Něco takového by úplně změnilo architekturu výpočetní techniky, protože počítač by vystačil s jednou univerzální pamětí, ve které by byly trvale umístěny všechny programy i data, a nad nimi by probíhaly veškeré výpočty mnohonásobně vyšší rychlostí. Jinými slovy, počítač by nepotřeboval to, co nazýváme hezkým anglickým názvem mass data storage. HP Solutions #6 3/5

4 A to nejlepší memristor neztrácí informace, pokud nemá proud. Pro HP je kandidátem na takovou univerzální paměť technologie memristoru. Tato součástka byla předpovězena v roce 1971 profesorem Leonem Chua a až v roce 2008 byla tato teorie experimentálně ověřena v HP laboratořích. Představte si technologii, která nabízí obrovskou hustotu bitů, schopnost adresovat (zeptat se na) přímo ten konkrétní bit (ne jen v blocích) a ještě je můžete organizovat do 3D struktur, tedy vrstvit na sebe. A to jde ruku v ruce s velmi nízkou spotřebou a perfektní cenou na uložený bit. A to nejlepší neztrácí informace, pokud nemá proud. Takže energie se spotřebuje jen pro čtení a zápis, ne pro udržení a nepotřebujete data přesouvat jinam. Máte dostatek storage prostoru a přitom vlastnosti (rychlost) RAM. Konec přesouvání, tohle je univerzální paměť. HP nyní intenzivně pracuje na překlopení memristoru do sériové výroby a první sériově vyráběné paměti by měly být dostupné okolo roku Propojení Ale jak propojíme tuto obrovskou univerzální paměť o kapacitě až 160 petabytů s procesorem? Pokud bychom chtěli přímo adresovat tak obrovský prostor, budeme potřebovat klubko drátů o průměru 10 cm, ale ani přes něj nedokážeme potřebnou rychlostí přenést tolik informací. Jediné řešení je propojit procesor s touto pamětí fotonikou. Světelné kabely mají propustnost až 6 terabitů za vteřinu a tato technologie například umožňuje umístit gigantickou operační paměť do jiné části datového centra, než je procesor, což v žádné předchozí architektuře nebylo možné. Proto je součástí The Machine i využití dalšího klíčového vynálezu z HP Labs ohnivé nanokroužky. Jde o světlovodivé drážky a kolečka, kde lze využít kvantových efektů (tunelování) pro řízené přeskočení světla mezi kroužkem a drážkou. Takový systém je v nanorozměrech a je vyladěný na konkrétní barvu světla. Schopnost řídit, kdy světlo přeskočí a kdy ne, umožňuje modulovat signál v extrémně malém prostoru. Možnost zřetězit mnoho kroužků za sebou, kde každý reaguje na jinou barvu světla, dovoluje namodulovat na jeden světelný zdroj neuvěřitelné přenosové rychlosti. Modulátor o milimetrové velikosti dokáže komunikovat výkonem 640 Gbps a to je jen začátek. Laserové vysílače o velikosti čtvrtiny lidského vlasu vyvinuté v HP laboratořích tak umožní propojit procesor a gigantickou univerzální paměť pomocí jednoduchého konektoru umístěného přímo na procesoru. Součástí The Machine je i využití dalšího klíčového vynálezu z HP Labs ohnivé nanokroužky. HP Solutions #6 4/5

5 Operační systém? Aby nové počítače mohly naplno využívat tuto moderní architekturu, bude třeba napsat nový operační systém. Vždyť už jen situace, kdy vaše operační paměť je zároveň vaše storage, je pořádnou změnou. HP se vydává třemi směry, všechny jsou velmi zajímavé. 100 TB Chytrý telefon s kapacitou paměti 100 TB již brzo nebude nereálný. První je vytvoření naprosto nového operačního systému úplně od začátku. Nepůjde o proprietární řešení, naopak HP spolupracuje s univerzitami po celém světě a celý projekt se řeší jako open source. Vzniká nový OS pro novou architekturu s plnou optimalizací, očekávané uvolnění Machine OS bude někdy okolo roku Druhá větev si bere za základ Linux a ten přizpůsobuje nové architektuře počítače s cílem zajistit maximální možnou míru portability a kompatibility. A v neposlední řadě další vývojový tým HP pracuje na úpravě operačního systému Android, aby mobilní zařízení mohla v budoucnu naplno využívat memristorovou paměť. Chytrý telefon s kapacitou paměti 100 TB již brzo nebude nereálný. Závěrem Technologie The Machine má velmi vážné ambice zcela změnit podobu výpočetního světa tak, jak ho známe. Kombinace memristorové paměti specializovaných procesorů a jejich propojení fotonikou vytvoří datová centra o desetinásobně vyšším výpočetním výkonu při stonásobně nižší spotřebě elektrické energie. Vizitka autora Jan Kameníček V pozici generálního ředitele firmy divizi Compaq Global Services, a po V současné pozici generálního ředitele HewlettPackard (HP) pracuje od srpna následném spojení s firmou HP založil HP je zároveň i obchodním ředitelem pro Téměř celou svoji profesionální a vybudoval outsourcingovou obchodní prodej do segmentu největších zákazníků. kariéru absolvoval v oboru informačních jednotku. Následně převzal řízení všech Jan Kameníček je vášnivým golfistou, technologií v mnoha různých 3 servisních divizí začleněných do HP je ženatý a má tři děti. manažerských pozicích. Ve společnosti Services. V těchto rolích získal široké Digital Equipment byl od roku 1994 zkušenosti z oblasti prodeje a dodávky jan.kamenicek@hp.com členem nejvyššího vedení a řídil komplexních IT projektů a zároveň LinkedIn: servisní jednotku Multivendor Customer značnou praxi v akvizicích, fúzích jankamenicek/55/923/450 HP Solutions Support. #6Fúzí se společností Compaq a vzájemné integraci firem podobných posléze rozšířil svoji působnost na celou i značně odlišných kultur. 5/5