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 2016-2020. 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
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.
-
-
+
SoC System-on-Chip - integrace systémů na jednu desku křemíku
-
+
Elektrony
Výpočty
Fotony
Propojení
Ionty
Univerzální paměť
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 vstupně-výstupní 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
A také integraci celých systémů na jedinou desku křemíku, tedy System-on-Chip (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.
Už jen jedna paměť. Univerzální. V dnešní architektuře bohužel procesor spoustu času promarní čekáním na data nebo přesouváním dat z pomalejší paměti do té rychlejší a zpátky.
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.
Cena za 1 bit se zvyšuje
Rychlost se zvyšuje
Dnešní stav využívání paměti
SRAM DRAM Flash Hard disk Kapacita
Cena za 1 bit je konstantní
Rychlost je konstantní
Budoucí stav využívání paměti
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
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 2016.
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.
Součástí The Machine je i využití dalšího klíčového vynálezu z HP Labs – ohnivé nanokroužky.
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.
HP Solutions #6
4/5
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 2018. 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 Hewlett-Packard (HP) pracuje od srpna 2008. Téměř celou svoji profesionální kariéru absolvoval v oboru informačních technologií v mnoha různých manažerských pozicích. Ve společnosti Digital Equipment byl od roku 1994 členem nejvyššího vedení a řídil servisní jednotku Multivendor Customer Support. HP Solutions #6Fúzí se společností Compaq posléze rozšířil svoji působnost na celou
divizi Compaq Global Services, a po následném spojení s firmou HP založil a vybudoval outsourcingovou obchodní jednotku. Následně převzal řízení všech 3 servisních divizí začleněných do HP Services. V těchto rolích získal široké zkušenosti z oblasti prodeje a dodávky komplexních IT projektů a zároveň značnou praxi v akvizicích, fúzích a vzájemné integraci firem podobných i značně odlišných kultur.
V současné pozici generálního ředitele HP je zároveň i obchodním ředitelem pro prodej do segmentu největších zákazníků. Jan Kameníček je vášnivým golfistou, je ženatý a má tři děti. E-mail:
[email protected] LinkedIn: http://cz.linkedin.com/pub/ jan-kamenicek/55/923/450
5/5
