К точке критического перехода

(Май 2013)

Суперкомпьютеры – как передовой авангард информационных технологий – вступают в фазу чрезвычайно важных перемен. Имеет смысл представлять, что это за перемены, и почему они важны для всех.

isc-13-slide

В середине июня город Лейпциг, Германия, принимает у себя очередной главный форум всемирного суперкомпьютерного сообщества – ISC’13 или International Superсomputer Conference 2013. По давно заведенной традиции, в рамках этого мероприятия оглашается TOP500, то есть рейтинговый список полутысячи самых быстрых и мощных вычислительных систем планеты.

Понятно, наверное, что суперкомпьютеры, занимающие самые престижные верхние строчки в TOP500 – это не только предмет особой гордости государств, владеющих столь ценными хайтек-ресурсами, но еще и своеобразное зеркало, отражающее самые передовые тенденции в области высокопроизводительных вычислений или кратко HPC (High Performance Computing).

Соответственно, ту небольшую группу людей, которым сообщество доверило работу по ежегодному составлению и редактированию списка TOP500, принято расценивать как наиболее компетентных и знающих специалистов в сфере HPC.

Опять-таки по давней традиции, соредакторами TOP500 являются четыре человека – два из Америки и два из Европы (в обозримом будущем, естественно, появятся и представители Азии, но пока этого нет). И неудивительно, что когда кто-то редакторов TOP500 выступает с докладом о положении и тенденциях в отрасли, то к их словам принято внимательно прислушиваться.

Удивительным же тут является вот что. Примерно за месяц до начала ISC’13, в мае 2013, один из соредакторов TOP500 с американской стороны, Хорст Саймон (Horst Simon) два раза подряд выступил на конференциях помельче с одним и тем же, по сути, программным докладом, озаглавленным подчеркнуто вызывающе: «Вычисления экза-масштаба и почему мы их не получим к 2020 году» (см.  PDF-презентацию).

Читать «К точке критического перехода» далее

Особый путь «Волны D»

(Май 2013)

Все, кто интересуется компьютерными технологиями, наверняка наслышаны и о тех замечательных перспективах, которые сулят в будущем квантовые компьютеры.

Очень большая проблема в том, что компьютер на основе квантовых эффектов хотя и возможен теоретически, однако чрезвычайно сложен в практической реализации.

Таково, по крайней мере, общепринятое мнение. Только вот разделяют его, впрочем, отнюдь не все…

D-Wave-Boxes

Базирующаяся в Канаде компания D-Wave, небольшая по величине, но уже вошедшая в историю как фирма, первой выпустившая на рынок коммерческий квантовый компьютер, объявила в середине мая (2013), что ей удалось продать еще одну – вторую – вычислительную систему D-Wave Two. (Ориентировочная стоимость этого штучного товара, по сведениям из разных источников, составляет от 10 до 15 миллионов долларов за одну машину).

Официальный контракт на поставку необычного вычислителя заключен между компанией D-Wave и организацией USRA, Университетской Ассоциацией космических исследований (Universities Space Research Association). Причем организация эта, что интересно, не имеет ни денег для столь недешевого приобретения, ни собственного места для правильного размещения такого компьютера, работающего при сверхнизких температурах.

D-Wave-Systems-QC

Иначе говоря, другими важнейшими сторонами данного контракта являются корпорация Google, выделившая под все это дело деньги, и американское космическое агентство NASA, предоставившее необходимую научно-техническую базу для разворачивания квантового суперкомпьютера. И конечно же, все упомянутые участники намерены непосредственно использовать новую машину в собственных исследованиях.
Читать «Особый путь «Волны D»» далее

Гостайна как метафора

(Декабрь 2013)

Практически все имеют ныне представление, что означают слова «секретная наука». Куда меньше людей наслышаны о принципе «все тайное вырождается». И уж совсем немногие в курсе, до какой степени государства, распухшие от своей патологической секретности, тормозят общий прогресс человечества.

a_science_secret

КАК ЭТО НАЧИНАЛОСЬ

Когда планета была охвачена пожарами второй мировой войны, в истории науки имели место два примечательных и почти одновременных эпизода — по-своему очень важных, но по сию пору мало кому известных.

Эпизод первый непосредственно связан с «Проектом Манхэттен», в глубочайшей тайне запущенным в США для создания атомной бомбы. Весной 1943 года Роберт Оппенгеймер, как научный руководитель Манхэттенского проекта, написал довольно специфическое письмо Вольфгангу Паули — одному из отцов квантовой механики и просто сильнейшему теоретику мировой физики.

Manhattan-Project-Scientists
Физики Манхэттенского проекта: Н. Бор, Р. Оппенгеймер, Р. Фейнман, Э. Ферми

В своем письме Оппенгеймер развернуто объясняет коллеге, почему именно его, Вольфганга Паули, целесообразно оставить за рамками этой строго засекреченной работы. Проекту требовалось надежное прикрытие, а Паули был как раз тем человеком, который вполне способен в достатке публиковать качественные чисто научные статьи — причем желательно под разными именами — дабы у неприятеля создавалось впечатление, будто ведущие физики в Америке не занимаются ничем экстраординарным…

История о том, почему на данную роль был выбран именно Вольфганг Паули, очень любопытна и сама по себе (см. «Эффект Паули»). Однако для нас сейчас важен сам факт произошедшего и его принципиальная суть.

wolfgang-pauli
Вольфганг Паули

А суть эпизода такова. Как можно видеть на данном примере, ученого абсолютно любого калибра можно поставить в такие обстоятельства, когда он — даже никак не участвуя в суперсекретных разработках — будет не только молчать обо всем, что ему тут известно, но и активно делать вид, что в действительности ничего такого не происходит.

Читать «Гостайна как метафора» далее

Жертвы аборта

(Октябрь 2003)

Суперкомпьютер, который оказался настолько хорош, что его отобрали у родителей еще до официального рождения – и спрятали ото всех подальше.

Голоса в пустоте

За несколько последних недель (осени 2003) в бескрайнем потоке пресс-релизов от компьютерных фирм промелькнула пара любопытнейших документов, на которые пресса не обратила абсолютно никакого внимания. Столь полное и дружное молчание СМИ представляется явно несправедливым, особенно если учесть, что за документами этими на самом деле стоит намного более значительная, по-детективному закрученная история.

irv-stack

Первый из проигнорированных пресс-релизов выпущен калифорнийской компанией Irvine Sensors, сообщившей о разработке и демонстрации “полного упакованного компьютера” (Complete Stacked Computer), ужатого до объема 1/2 кубического дюйма (платформа площадью 1 кв. дюйм и высотой пол-дюйма).

О микрокомпьютерах, встраиваемых в наручные часы, пресса уже сообщала неоднократно, однако то, что удалось сделать Irvine Sensors с помощью своей фирменной технологии упаковки чипов Neo-Stacking, не делал точно еще никто.

В данном случае в комплект вошли интеловский 206-мегагерцевый процессор StrongARM SA-1110, его сопроцессор SA-1111, чип с перепрограммируемой логикой Xilinx Coolrunner, 256 Мб загрузочной флэш-памяти Intel StrataFlash, 1 Гб оперативной памяти Micron SDRAM, 8 Гб твердотельного ЗУ на основе 16 чипов флэш-памяти Samsung.

Плюс массив необходимых для полноценной работы резисторов и конденсаторов, а также множество самых разных интерфейсных портов для подключения монитора, клавиатуры и прочей периферии: USB, UART, IrDA, SSP, PS/2, аудио/видео и проч. Работает все это хозяйство под управлением “стандартной операционной системы”, позволяющей использовать широко доступное коммерческое ПО.

Поскольку фирма Irvine Sensors, существующая с 1974 года, уже очень давно страдает от недостатка внимания прессы, президент компании Джон Карсон даже в релизе отметил, что “за последнее время в индустрии наблюдались анонсы и намного менее впечатляющих достижений, поэтому мы полагаем своевременным привлечь внимание мира к нашей технологии”…

Увы, внимание мира не удалось привлечь и на этот раз, судя по тотальному отсутствию реакции прессы за прошедший с момента публикации месяц.

Чтобы хоть отчасти объяснить столь удивительное равнодушие к Irvine Sensors и ее выдающейся технологии упаковки чипов, обратимся к пресс-релизу совсем другой компании, на первый взгляд никакого отношения к первой не имеющей.

Но при этом столь же несправедливо обделенной вниманием СМИ к своей безусловно неординарной разработке. Речь идет о небольшой английской фирме Aspex Technology, много лет безуспешно продвигающей на рынок массивно-параллельную (SIMD) процессорную архитектуру собственной разработки — “ассоциативный стринг-процессор Linedancer”.

В совсем недавнем, сентябрьском пресс-релизе Aspex извещается о создании нового программируемого микропроцессора Linedancer-HD, предназначенного для обработки изображений высокой четкости, и на этот раз содержащего 8192 “ассоциативных процессорных элемента” с рабочими частотами до 400 МГц.

LD Block

Заметим, что даже предыдущий, двухлетней давности 266-мегагерцевый чип Linedancer, содержавший 4096 “элементарных процессоров”, представлял собой нечто выдающееся — полностью программно, на C/C++ управляемая архитектура, легко масштабируемая и в разы превосходящая по быстродействию остальные, намного более дорогие решения аналогичного класса — заказные микросхемы (ASIC) и чипы перепрограммируемой логики (FPGA).

Но почему-то впечатляющие достоинства этого высокопроизводительного и одновременно сравнительно дешевого процессора вполне очевидны лишь для самой Aspex, руководство которой в 2000-м году уверенно обещало “скорое и повсеместное распространение” своей технологии и скромно претендовало к 2002-году примерно на 10% от 15-миллиардного рынка широкополосных (ADSL) и беспроводных (3G) коммуникаций.

Ныне уже понятно, что никакого покорения рынка не произошло. О фирме Aspex никто как и прежде знать не знает, а нынешнее позиционирование нового чипа Linedancer-HD как технологии обработки изображений, а не высокоскоростных телекоммуникаций, — это очевидное свидетельство перепрофилирования компании.

Подобных историй в индустрии случается каждый день по дюжине, однако Aspex — случай особый. Хотя бы по той причине, что ресурсоемкой обработкой графики, задачами трехмерной визуализации и объемного моделирования здесь занимаются давным-давно, причем весьма успешно. Но только это о-очень большая тайна (неразрывно связанная, заметим, с корпорацией Irvine Sensors и военно-промышленным комплексом США).

Ложь, ложь и снова ложь

Если сегодня кто-то попытается установить, что же представляет собой фирма Aspex Technology, то наткнется на трехэтажную ложь, завуалированную двусмысленными формулировками. Читать «Жертвы аборта» далее

Биологический нанокомпьютер

(Впервые опубликовано – февраль 2002)

DNA1

Выдающиеся способности биомолекул к хранению и обработке информации уже около десятилетия привлекают внимание ученых, пытающихся отыскать наиболее достойную замену компьютерным микросхемам на основе кремния. Основные усилия сфокусированы на ДНК – знаменитой молекуле в форме двойной спирали, которая присутствует в ядрах всех живых клеток и способна, занимая объем в один кубический сантиметр, содержать в себе информации больше, чем триллион компакт-дисков.

Постепенно двигаясь по пути создания программируемых компьютеров на основе молекул ДНК, ученые-исследователи приближают эпоху, когда живые «вычислительные машины» смогут умещаться в одной клетке человеческого организма. Подобный «биологический нанокомпьютер» будет настолько мал, что триллион (1 000 000 000 000) таких компьютеров сможет работать одновременно в единственной капле воды.

Теоретические расчеты дают основания предполагать, что так называемые ДНК-компьютеры в конечном счете способны превзойти кремниевые чипы в решении массивно-параллельных задач, требующих одновременного выполнения множества сходных операций. Но еще более заманчивые перспективы биологические нанокомпьютеры сулят в специальных приложениях, таких как медицина и фармакология. Читать «Биологический нанокомпьютер» далее

Квантовый биокомпьютер

(Впервые опубликовано – июнь 2012)

Прогресс компьютерной индустрии, последние полвека обеспечиваемый постоянной миниатюризацией элементов микросхем, неотвратимо приближается к пределу возможностей кремниевых технологий. Иначе говоря, явно пора подыскивать альтернативные модели вычислителей.

QuantumBiology

На смену кремниевым чипам

По давно уже сложившейся традиции (и вследствие естественных технических причин), активность в области высокопроизводительных вычислений – или кратко суперкомпьютеров – всегда сфокусирована на самых передовых компьютерных технологиях человечества.

Промежуток времени, разделяющий те моменты, когда производительность наиболее мощных суперкомпьютеров планеты становится доступна вполне обычному настольному или мобильному электронному устройству, может быть длиннее или короче. Но общее правило остается неоспоримым: то, что вчера считалось пределом вычислительных возможностей, завтра становится общедоступной технологией.

Формулируя чуть иначе, тенденции, доминирующие ныне в узкоспециальной области суперкомпьютерных монстров, занимающих собой здоровенные помещения, на самом деле важны и интересны абсолютно для всех, кто уже не мыслит свою жизнь без компьютерной техники. И именно поэтому особого внимания заслуживают прогнозы экспертов относительно недалекого будущего суперкомпьютеров.

На проходивший в июне в Гамбурге, Германия, очередной Международной суперкомпьютерной конференции ISC ’12 (www.isc-events.com/isc12/) в качестве одного из основных докладчиков выступал американский ученый Томас Стерлинг. Среди специалистов он широко известен как «отец» популярной кластерной архитектуры Beowulf и как один из создателей самой быстрой на сегодня вычислительной техники петафлопсного масштаба (1 петафлопс = 1015 FLOPS, т. е. квадриллион или миллион миллиардов операций с плавающей запятой в секунду).

Доклад Стерлинга на конференции был посвящен общему обзору текущих достижений и тенденций в отрасли, однако для данной статьи особый интерес представляет авторитетное мнение специалиста относительно грядущих перспектив суперкомпьютинга. Непосредственно перед ISC ’12 в компьютерной прессе появилось обширное интервью Томаса Стерлинга, в котором он аргументированно обрисовал неблестящее, мягко говоря, будущее суперкомпьютеров на основе кремниевых чипов.

Суть прогноза сводится к тому, что технологии полупроводниковых микросхем, стабильно развивающие компьютерную индустрию вот уже около полувека, ныне быстро приближаются к своим физическим, идеологическим и конструктивным пределам.

Согласно выводам Стерлинга, порогом производительности для кремниевых чипов станет следующий, экзафлопсный рубеж (порядка квинтиллионов или 1018 операций в секунду). А для того, чтобы двигаться дальше, ученым и инженерам придется создавать нечто в корне иное: «Возможно, это будет что-то типа квантового компьютинга, метафорического компьютинга, или биологического компьютинга. Но что бы там ни было, это будет не то, чем мы занимались последние семь десятилетий»…

Все, кто интересуется новыми компьютерными технологиями, наверняка слышали или читали о некоторых из упомянутых Стерлингом направлениях исследований в области высокопроизводительных вычислений.

Больше всего говорят о «квантовых компьютерах», оперирующих регистрами кубитов на основе законов квантовой физики. Заметно меньше – о «классических» биологических вычислителях, построенных на основе манипуляций сложными биомолекулами вроде ДНК. Практически ничего не публикуется, правда, об интригующей технологии «метафорический компьютинг» на базе эффектов нелинейной оптики, но это тема совсем другого разговора (подробности см тут:  kiwiarxiv.wordpress.com/2013/04/28/201206/).

Здесь же будет рассказано про еще одно – любопытное и перспективное – направление научных исследований под названием «квантовая биология». Важная роль, которую, как выясняется, играют эффекты квантовой физики в жизни биологических систем, ныне расценивается как одно из наиболее неожиданных и волнующих открытий последних лет в области биологии.

Пока что это открытие плохо стыкуется с доминирующими в физике взглядами на мир, однако стабильно растущее число экспериментальных свидетельств и теоретических исследований понемногу укрепляют фундамент квантовой биологии. Новой области, сулящей не только лучшее понимание природы, но и, среди прочего, существенный прогресс в сферах компьютеров, связи и передачи энергии. Читать «Квантовый биокомпьютер» далее

Колосс британский

(Впервые опубликовано – июнь 2006)

Факты и фактоиды из истории секретного предка компьютеров

Colossus

Среди легендарных Семи чудес древнего мира видное место занимал Колосс родосский (ок. 292-280 гг. до н.э.) — гигантская, высотой более 30 метров бронзовая статуя бога Гелиоса, стоявшая у входа в главную гавань греческого острова Родос. Судьбе, увы, было угодно так, что срок жизни этого творения оказался самым малым среди всех «чудес света» — короче даже одной жизни человеческой.

В результате сильного землетрясения 225 года до н.э. статуя надломилась у коленей и обрушилась. На ее восстановление сил у родосских граждан уже не нашлось, однако останки рухнувшего колосса оставались на том же месте еще много веков, вплоть до 653 года н.э., пока не явились предприимчивые арабские разбойники и, измельчив статую, продали ее как металлолом сирийскому купцу. Для транспортировки груза в Сирию, согласно преданию, был снаряжен караван из 900 верблюдов.

Много-много лет спустя, в середине XX века на совсем другом острове – Британия – в тихой викторианской усадьбе Блечли-Парк был сооружен еще один выдающийся колосс, на этот раз компьютерный. По странной иронии судьбы это грандиозное творение рук человеческих разделило со своим родосским предшественником не только имя Colossus, но и основные черты биографии — очень яркую поначалу и в то же время совсем короткую жизнь, закончившуюся полным и бесславным демонтажом.

Специфика новой эпохи, правда, внесла в этот исторический повтор и некоторые коррективы. Поскольку компьютер Colossus создавался для суперсекретных задач вскрытия шифрованной иностранной переписки, то сам факт его существования более полувека продолжал официально оставаться большой государственной тайной.

Читать «Колосс британский» далее