Blog
Fizyka Smoleńska
you-know-who
you-know-who fizyk, pilot z licen. FAA i TC
105 obserwujących 54 notki 742713 odsłon
you-know-who, 10 maja 2017 r.

Superkomputer cz.1. Fizyka a obliczenia równoległe

1091 23 0 A A A

Dział: Technologie.  Komputery.


Komputery, największy wynalazek nowożytności, mają coraz więcej zastosowań. Jedne pracują w telefonach komórkowych i urządzeniach przenośnych. Innym - superkomputerom - zlecamy np. symulację historii wszechświata. Może kiedyś nauczymy je myśleć podobnie do tego jak sami myślimy. We wstępnym artykule z serii o współczesnych kierunkach w technikach obliczeniowych (zwłaszcza superkomputerowych) pokażemy, jak fizyka tranzystora umożliwiła technologii mikroprocesorowej podwoić prędkość komputerów więcej niż dwadzieścia kolejnych razy (tj. o czynnik image  milion razy), umożliwiając szybki internet, smartfony i współczesną naukę obliczeniową, i dlaczego kontynuacja dotychczasowego wykładniczego rozwoju techniki komputerowej od trzynastu lat wymaga od programistów zasadniczo nowego podejścia: programowania współbieżnego procesorów wielordzeniowych.


Komputery są niezbędne do coraz szerszej listy zastosowań, od użytkowych (komunikatory osobiste, media i handel internetowy) i rozrywkowych (zaawansowane gry) do naukowych i inżynieryjnych, czyli od wymiany i analizy wartko rosnącego strumienia informacji, do symulacji rzeczywistości i prób prawdziwie inteligentnego przetwarzania informacji. Gdy wybiegniemy nieco w przyszłość, ale sądząc z rosnącego tempa rozwoju inteligencji maszynowej, w szczególności uczenia maszynowego - w całkiem niedaleką już przyszłość, nasze życie i światowy rynek pracy będą zmieniać się szybko dzięki tej jakościowo nowej fali komputeryzacji w stopniu nie mniejszym od tego, jak mechanizacja produkcji zmieniła społeczeństwa w epoce rewolucji przemysłowej. Niekoniecznie musi to oznaczać dominację maszyn i bezrobocie ludzi. Na przykład to, że pojazdy mechaniczne wyeliminowały konie i woźniców, nie oznaczało bynajmniej spadku zatrudnienia w transporcie. Pojawił się zawód kierowcy. Niedługo znajdzie się on na liście zawodów zagrożonych. Kierowców zastąpią komputery z wielkimi bazami danych, łącznością satelitarną, widzeniem i adaptacyjnym uczeniem maszynowym. Jednak w przewidywalnej przyszłości naukowcy czy lekarze i - niestety - również niektórzy politycy nie pójdą w ślady zapalaczy lamp gazowych (popularna w XIX wieku profesja).

Odpowiednikiem maszyny parowej, motoru rewolucji przemysłowej, jest dziś procesor komputera. Obliczenia równoległe jednego zadania na procesorach wielordzeniowych (tj. na wielu kalkulatorach naraz) mają zaś historyczny odpowiednik w metodzie produkcji masowej rozwiniętej w fabryce samochodów Forda w 1913 roku - zwiększają znacznie tempo obliczeń. Analogia jest o tyle niepełna, że każdy pracownik na taśmie produkcyjnej Forda mógł być (z założenia) mało wykształcony, w odróżnieniu od rzemieślnika tworzącego cały produkt samemu. Dzisiaj natomiast, jak zobaczymy, zachodzi konieczność przestawienia się programisty z myślenia i programowania sekwencyjnego na tworzenie programów współbieżnych albo równoległych (jak jednoczesna produkcja samochodów na równoległych taśmach produkcyjnych). A to wymaga nie mniejszych, lecz większych umiejętności niż programowanie zwykłego komputera von Neumanna, który pobiera i wykonuje jedną po drugiej instrukcje przy użyciu jednego kalkulatora (rdzenia obliczeniowego).

obrazek 


Postęp geometryczny

W latach 60. ubiegłego wieku współzałożyciel firmy Intel, Gordon Moore, sformułował empiryczną regułę geometrycznego postępu szybkości komputerów w ich kolejnych, regularnie co dwa lata (lub nawet nieco częściej) powstających pokoleniach procesorów komputerowych. Ściślej, prawo Moore'a mówi, że liczba tranzystorów na jednostkę powierzchni, tj. gęstość upakowania tranzystorów w płaskim układzie scalonym podwaja się co około dwa lata. Prawo jest szeroko znane, gdyż faktycznie tak zmieniała się ta liczba przez niesłychanie wiele pokoleń technologii procesorowych: ponad 20 (czyli przez ostatnie 40 lat) i ponieważ taki wykładniczy przyrost liczby bramek logicznych i komórek pamięci lokalnej w procesorze leży u podstaw błyskotliwej kariery komputera, a w miarę jak komputery stają się niezbędne, postępu technicznego cywilizacji. Spójrzmy na liczby opisujące typowy zaawansowany procesor główny (CPU, od ang. Central Processor Unit) w roku 1975 i 2015. Szybkość działania CPU mierzona jest liczbą najprostszych działań arytmetycznych zmiennoprzecinkowych na sekundę (jednostka zapisywana jako FLOP albo FLOP/s, to właśnie oznacza: floating point operation per second). Wynosiła w roku 1975 około 0,1 MFLOP (0,1 miliona FLOP). Czterdzieści lat później procesor CPU był już milion razy szybszy, 0,1-0,3 TFLOP (teraflop to 1012 działań/s), a koprocesory obliczeniowe osiągnęły 1 TFLOP w podwójnej precyzji obliczeń. Liczba tranzystorów w procesorach dochodzi do około 10 miliardów.

Opublikowano: 10.05.2017 05:22. Ostatnia aktualizacja: 07.07.2017 23:48.
Autor: you-know-who
Skomentuj Obserwuj notkę Napisz notkę Zgłoś nadużycie
NEWSY - TOP 5

O mnie

Nazywam się Paweł Artymowicz, ale wolę tu występować jako YKW.

Kopia bloga i komentarzy w http://fizyka-smolenska.blogspot.com. Mam blog: http://pawelartymowicz.natemat.pl.


Latam wzdłuż i wszerz kontynentu amerykańskiego (w 2017 r. 45-50 godzin za sterami, ~10 tys. km; zdjęcie w tle: Pacyfik, RWY 24L, 24R, baza Marines Miramar znana z programu i filmu Topgun) . Jestem niezłym, szeroko cytowanym profesorem fizyki i astrofizyki (zestawienie ze znanymi osobami poniżej). Mam najwyższe stopnie naukowe nadane przez kilka krajów. Ale cóż, że byłem stypendystą Hubble'a (prestiżowa pozycja fundowana przez NASA) jeśli nie umiałbym nic policzyć i rozwikłać części "zagadki smoleńskiej". To co mowię lub liczę wybroni się samo. Nie mieszam się do polityki, ale gdy polityka zaczyna gwałcić fizykę, a na dodatek moje ulubione hobby - latanie, to bronię tych drugich, obnażając różne obrażające je teorie z zakresu "fizyki smoleńskiej". Zwracam się do was per "drogi nicku", co nie oznacza, że was nie cenię. Wręcz przeciwnie. Zapraszam do obejrzenia wywiadów i felietonow w moim haśle biograficznym na wiki. [Uzupełnienie o wskaźnikach naukowych (za Google Scholar 2014): mam wysoki indeks Hirscha h=30, i10=41, oraz ponad 4 razy wiecej cytowań na pracę niż średnia w mojej dziedzinie - fizyce. Moja liczba cytowań to ponad 4100. Dla porównania, prof. Binienda miał dużo niższy wskaźnik h=14, 900 cytowań oraz 1.2 razy średnia liczbę cytowań na pracę, w dziedzinie inżynierii. Dr Nowaczyk ma w porównaniu ze mną b. mały samodzielny dorobek naukowy, a dr Szuladziński znikome cytowania. Dużo mniejsze osiągnięcia ma też prof. C. Cieszewski: h=17, i10=25, 1252 cytowań]

Ostatnie notki

Najpopularniejsze notki

Ostatnie komentarze

  • miła opowieść, choć zmyślona (w polowie wieku byly juz wspolczesne zapalki, wynalazl je...
  • nie zgodze sie z tezą autora o ograniczonym sukcesie projektu terroryzm. 9/11 na przyklad mial...
  • albo maslo albo armaty... a poniewaz armat ani helikopterow nie ma i nie bedzie, malo przydaja...

Tematy w dziale Technologie