Dr. K. L. Metlov (dr_klm) wrote,
Dr. K. L. Metlov
dr_klm

Category:

сверхпроводящий суперкомпьютер

Много новостей на эту тему в последнее время (вот, например, на Slashdot). Что, мол, строят американские разведчики сверхпроводящий компьютер невероятной мощности ! Даже более технически-ориентированные источники повторяют на этот счет всякие жупелы вроде "тактовая частота 100 гигагерц", "пикосекундные импульсы, распространяющиеся со световой скоростью", "новая эра высокоскоростных вычислений"...

Конечно, идея построить компьютер на сверхпроводниках отнюдь не нова. Деятельность по построению интегральных схем на джозефсоновских контактах началась где-то в конце 1960-х. Были большие прикладные проекты по построению комьютеров на этой базе в С.Ш.А. и Японии, продолжительностью 10 и более лет, которые к началу 90-х не завершились ничем. Параллельно, в 1970-е развивалась логика, основанная на управлении одиночными квантами магнитного потока (SFQ). Эту блоху подковали в МГУ и в 1980-е разработали новую логику, аналогичную в статике SFQ, но с передачей данных посредством одиночных пикосекундных импульсов напряжения под названием быстрое SFQ (или Rapid Single-Flux-Quantum logic, RSFQ logic). Потом, в 1990-е основная группа московских исследователей, занимавшихся этой темой, уехала в С.Ш.А. пробовать 100 сортов колбасы. С тех пор в разных странах (в т.ч. и в России) было создано множество устройств на базе RSFQ и сверхпроводников из ниобия, которые у нас в шутку (а где-то всерьез ;-) называли "найобиум технолоджи".

Где-же здесь, собственно, найобиум ? :-) Во-первых, конечно, в радостных песнях про тактовую частоту 100Ghz и пикосекундные импульсы, распространяющиеся со скоростью света. Тоесть это всё правда, конечно, но и в обычных проводах электрические импульсы распространяются примерно с той-же скоростью, а, кроме того, полупроводниковые элементы, транзисторы, тоже вполне способны работать на таких частотах.

Тактовая частота современных процессоров определяется не частотой, на которой способны переключаться транзисторы. По этому параметру у кремния есть значительный запас. Определяется тактовая частота, во-первых, архитектурой процессоров, тем, что работают они синхронно в такт периодическому сигналу, который и называется тактовой частотой. А во-вторых, тем, что частоте, допустим, 1Ghz соответствует длительность такта 1ns -- время, за которое свет в вакууме (в среде он движется медленнее) проходит 30см. Поскольку тактовые импульсы пронизывают весь чип, необходимо, чтобы за время такта, сигнал успел распространяться на всю его длину. При размерах чипов в несколько сантиметров, понятно, что тактовая частота (именно тактовая, а не просто какая-то частота) достигла сегодня фундаментального предела, обусловленного конечностью скорости распространения света в вакууме. Да, может быть получится поднять ее еще в несколько раз, но не более. Дальше прийдется делать асинхронные чипы, отдельные части которых работают на той-же тактовой частоте в несколько гигагерц, но при этом между собой не синхронизированы. Но эта проблема не решается простой заменой материала на сверхпроводник или графен. С тем же успехом можно построить асинхронный процессор и на базе кремния, запас у этой технологии еще немалый. Кроме того, ценность 4-х процессоров на частоте 3Ghz ниже, чем одного, синхронного, работающего на частоте 12Ghz.

Есть еще другие приложения (в которых кремний тоже неплохо справляется) в виде потоковых процессоров, которые выполняют простые, относительно редко меняющиеся операции, над пролетающим через них быстрым потоком данных. Такие процессоры используются, например, в сетевых коммутаторах при обработке сигналов радаров. Но это не те процессоры, на которых можно играть в компьютерные игры. Они имеют другую архитектуру и понятие тактовой частоты для них не имеет смысла (вместо неё есть две частоты: низкая, с которой можно менять производимые потоковым процессором операции, и очень высокая, на которой поступают в него данные; апологеты приводят, конечно, вторую).

Что можно догадаться о суперкомпьютере из новости, с которой мы начали ? Скорее всего, для расчетов там будут использоваться обычные кремнивые процессоры, а вот связь между ними, возможно, будет через коммутаторы на RSFQ (а не через InfiniBand). Это, конечно, очередное реальное применение сверхпроводящей электроники, но не революция, поскольку коммутаторы и более сложные потоковые процессоры на этой технологии уже есть.

Кроме того, не совсем понятно -- насколько вообще полезны такие суперкомпьютеры ? Их делают уже десятки лет вроде бы "для науки", соревнуясь между собой в скорости, но большинство результатов (полученных, например, в физике за это время) были сделаны на обычных компьютерах или аналитически.
Subscribe

  • украинская государственность

    шагает семимильными шагами. ;-) Причём, всё быстрее. Вот вроде бы только-только была "не Россия", потом стала "анти-Россия", совсем недолго побыла…

  • Украина: от анти-России к лже-России

    Многие сочувствуют нам в Донбассе. Здесь под украинскими обстрелами постоянно гибнут дети, разрушаются жилые дома. Гибнут здесь и украинские солдаты,…

  • о революционном решении проблем

    Мы уже обсуждали недавно как современный капитализм научился платить работникам меньше, чем требуется для воспроизводства их численности. Но даже…

  • Post a new comment

    Error

    default userpic

    Your reply will be screened

    Your IP address will be recorded 

    When you submit the form an invisible reCAPTCHA check will be performed.
    You must follow the Privacy Policy and Google Terms of use.
  • 12 comments

  • украинская государственность

    шагает семимильными шагами. ;-) Причём, всё быстрее. Вот вроде бы только-только была "не Россия", потом стала "анти-Россия", совсем недолго побыла…

  • Украина: от анти-России к лже-России

    Многие сочувствуют нам в Донбассе. Здесь под украинскими обстрелами постоянно гибнут дети, разрушаются жилые дома. Гибнут здесь и украинские солдаты,…

  • о революционном решении проблем

    Мы уже обсуждали недавно как современный капитализм научился платить работникам меньше, чем требуется для воспроизводства их численности. Но даже…