Ликвидация компьютерной безграмотности

Ликвидация компьютерной безграмотности станет важнейшей задачей в Европе. Доступ к ИТ может принести выгоды отдельным людям, обществу в целом и экономике только в том случае, если люди смогут пользоваться этими технологиями. Многие пока не считают это проблемой, но в то же время больше трети жителей Европейского союза вообще не имеют опыта работы на компьютере. Приобретение технических знаний необходимо в первую очередь для создания в Европе интеллектуальной экономики, не говоря уже о повышении уровня жизни. Программа Intel «Обучение для будущего» способствует эффективной интеграции ИТ в образовательный процесс. Эта программа была принята в 2000 г., и к настоящему времени в ее рамках прошло обучение свыше 1,5 млн учителей из более чем 30 стран. В программу вовлечено 19 стран Европы, Ближнего Востока и Африки.

Цифровые технологии в здравоохранении

В ближайшие годы нагрузка на медицинские организации в Европе существенно вырастет. В 1995 г. пожилое население Европейского союза (старше 65 лет) составляло 15,4%, а к 2025 г., по прогнозам, доля пожилых людей достигнет 22,4%. Для повышения эффективности медицинской помощи и сокращения расходов на здравоохранение необходимо массовое внедрение ИТ, что позволит собирать значительно больше информации о пациентах. Еще более важно, что такие разработки, как системы ведения историй болезни в электронной форме, оборудование для дистанционного мониторинга и датчики, определяющие состояние больных, способны значительно повысить качество лечения и ухода. Совместно с Asklepios Group, самой крупной частной медицинской организацией в Германии, Intel занимается внедрением беспроводных технологий и установкой беспроводной операционной в новой клинике Barmbek Hospital в Гамбурге. Эти системы позволят улучшить связь между пациентами и медицинскими работниками, а также повысить эффективность лечения и ухода за больными.

На пути к пета-системам

Разработки Intel в области полупроводниковой фотоники, включая недавно представленный полупроводниковый гибридный лазер, позволят повысить скорость обмена данными между микросхемами, преодолев тем самым барьеры на пути к созданию еще более быстродействующих компьютеров. Исследователи корпорации продолжают разрабатывать технологии, отвечающие ожиданиям и потребностям людей. Так, один из самых мощных в Европе суперкомпьютеров Finis Terrae (более 2,5 тыс. процессорных ядер Intel Itanium 2) будет использоваться для международных исследовательских проектов.

Показано, что в среднем вычислительная мощь настольных ПК отстает от уровня производительности суперкомпьютеров на 13 лет. Иными словами, по уровню производительности сегодняшние профессиональные ПК практически полностью соответствуют суперкомпьютерам 13-летней давности. Именно поэтому исследование рынка высокопроизводительных вычислений — хороший способ оценить направление развития массовых компьютеров будущего. Не так давно суперкомпьютеры преодолели планку производительности в 1 TFLOPS (триллион операций с плавающей запятой в секунду), уже не за горами достижение ими производительности уровня петафлопс (PFLOPS — квадриллион, или 1015 операций с плавающей запятой в секунду), тогда как тера-вычисления станут уделом среднестатистического пользователя ПК.

По оценкам экспертов, для задач аэродинамики достаточно производительности в несколько PFLOPS, для задач молекулярной динамики требуется уже 20 PFLOPS, для вычислительной космологии — фантастическая производительность на уровне 10 EFLOPS (один экзафлопс равен квинтиллиону, или 1018 операций с плавающей запятой в секунду), а задачи вычислительной химии потребуют еще более мощных процессоров. Инженеры-исследователи Intel полагают, что компьютеры с производительностью, равной секстиллиону (1021) операций с плавающей запятой в секунду, появятся к 2029 г. Они также не без оснований считают, что проблемы и достижения сегодняшних суперкомпьютеров станут проблемами и достижениями завтрашних настольных ПК. Рынок высокопроизводительных вычислений растет — его объем уже достиг 10 млрд долл., а в некоторых секторах ежегодный рост продаж превышает 30%; растет и количество проданных во всем мире профессиональных высокопроизводительных компьютеров на базе процессоров Intel.

Немного истории Всего 60 лет назад ламповый компьютер ENIAC, считавшийся технологической вершиной в области высокопроизводительных вычислений, имел лишь 20 ячеек оперативной памяти. В середине 60-х годов появился суперкомпьютер CDC 6600, производительность которого достигла 9 MFLOPS. И только в 1997 г. суперкомпьютер ASCII Red, содержавший 9298 процессоров Intel Pentium Pro, вышел на уровень производительности в терафлопс. Сегодня система на базе 464 четырехъядерных процессоров Intel Xeon серии 5300, занимающая гораздо меньший объем, обладает вшестеро большей пиковой производительностью.

Согласно сегодняшним оценкам, первые пета-суперкомпьютеры появятся уже в 2008–2009 гг. Чтобы это высчитать, достаточно взять параметры производительности самых высокоскоростных компьютеров в мире, опубликованные на сайте http://www.top500.org, и экстраполировать их в соответствии с наблюдаемыми тенденциями роста. Однако для того чтобы создать пета-компьютеры для массового рынка, предстоит решить немало серьезных проблем. С этой целью Intel вместе со своими партнерами ведет исследования по следующим направлениям:

• производительность;
• пропускная способность памяти;
• межкомпонентные соединения;
• управление электропитанием;
• надежность.

По мнению руководителей корпорации, для достижения уровня пета-вычислений с помощью современных технологий повышения производительности полупроводниковых микросхем потребуется создать процессор со 100 тыс. вычислительных ядер. Для практической реализации таких систем придется существенно повысить плотность размещения ядер на кристалле. Сегодня ведутся активные споры по поводу того, что лучше для архитектуры будущих компьютеров — множество небольших ядер, оптимизированных для ускорения параллельных вычислений, или несколько более крупных ядер, ускоряющих последовательные вычисления. Склоняясь к первому пути развития, исследователи понимают, что ставят перед собой трудоемкую задачу перевода программной индустрии на рельсы параллельного программирования.

Следующая область исследований Intel — организация соединений вычислительных ядер между собой. Соединения с помощью общей шины занимают меньше места, обладают высокой пропускной способностью и хорошо масштабируются, но неэффективны по энергопотреблению. Второй вариант — «кольцевое» соединение ядер для передачи сигналов. Недостаток такой схемы состоит в низком уровне масштабируемости при увеличении числа ядер. Третий вариант — это матричная архитектура, когда каждое ядро связывается с каждым через цепочку соседних ядер.

Стоить вспомнить, что на осеннем Форуме Intel для разработчиков IDF в Сан-Франциско был представлен прототип процессора с 80 ядрами, который потенциально обеспечит настольным компьютерам производительность уровня терафлопс. Ориентировочная дата выхода подобного процессора на рынок — 2010 г. или даже ранее. В основе прототипа процессора лежит архитектура x86 и такие разработки Intel, как система высокопроизводительных вычислений на микросхеме (HPC-on-chip), новая структура соединений элементов памяти, новые энергосберегающие технологии и т. д. Напомним, что в 2006 г. Intel объявила глобальную программу исследований, названную Tera-Scale Computing и объединяющую более 80 различных исследовательских проектов во всем мире, усилия которых распределены по трем основным направлениям: улучшение технологий проектирования и изготовления кремниевых кристаллов, оптимизация платформ и новые подходы к программированию.

Руководство корпорации отмечает, что необходимые шаги по направлению к «тера-эре» будут сделаны в течение ближайшего десятилетия. Например, большое внимание в современных исследованиях уделяется тому, как оптимизировать работу кэш-памяти, сделать ее конфигурируемой в зависимости от решаемых задач и разработать параллелизм обращения множества ядер к общей памяти. Intel также планирует интегрировать в свои кристаллы цифровой самонастраивающийся беспроводной приемопередатчик широкого диапазона, не за горами и появление прикладных устройств, основанных на принципах интегрированной кремниевой фотоники.

Эксперты подчеркивают, что высокая скорость передачи данных между вычислительными ядрами и памятью — существенная проблема. Дело в том, что память должна обладать крайне высокой пропускной способностью. При этом, если увеличивать тактовую частоту канала памяти, то достаточно быстро можно столкнуться с физическими ограничениями, которые налагают медные проводники. Один из возможных путей преодоления этих ограничений состоит в увеличении числа каналов памяти, но при этом увеличиваются размеры процессора и его себестоимость. Специалисты полагают, что придется искать более экзотические технологии передачи данных. По расчетам, выполненным инженерами Intel, для работы пета-процессоров потребуется память с пропускной способностью около 500 Гбайт/с.

Еще один важнейший аспект работы пета-компьютеров — это быстродействие системы ввода-вывода. Ученые Intel сейчас работают над тем, чтобы обеспечить скорость передачи данных до сотен гигабайт в секунду.

И все же самыми серьезными проблемами при создании пета-устройств остаются энергоснабжение и надежность. Мощность энергопотребления современного крупного центра обработки данных (ЦОД) составляет в среднем 9—10 МВт. Мощность, потребляемая компьютером со 100 тыс. ядер, может составить около 20 МВт. К этому надо прибавить мощность, необходимую для охлаждения пета-компьютеров. При нынешней стоимости электроэнергии расходы на энергоснабжение одной только пета-системы превысят 14,6 млн долл. в год. Именно поэтому вопрос эффективного использования электроэнергии крайне важен, что диктует применение энергосберегающих технологий на всех уровнях, от транзисторов до ЦОД:

• на уровне транзистора — технологии напряженного кремния, технологии снижения токов утечки и т. п.;
• на уровне процессора — распределение нагрузки на основе многопоточности;
• на уровне системы — высокоточное управление энергопотреблением в зависимости от загрузки системы;
• на уровне ЦОД — использование усовершенствованных систем жидкостного и воздушного охлаждения, а также вертикальная интеграция теплоотводящих решений.

Более того, исследователи прогнозируют возникновение совершенно неожиданных проблем, связанных с космическими лучами. Ведь в пета-процессорах с высокой интеграцией вычислительных элементов будут использоваться столь малые транзисторы, что они окажутся подвержены влиянию высокоэнергетических частиц, которые составляют космические лучи. Эти частицы способны вызвать случайный сбой данных при попадании в транзистор, а по мере повышения плотности размещения транзисторов на кристалле количество таких случайных сбоев будет быстро расти. Эксперты Intel считают, что если число ядер на кристалле достигнет 100 тыс., эти сбои могут стать неуправляемыми. И поскольку они будут оказывать все большее влияние на работу системы, с ними нужно будет бороться. В Intel уже начали исследования в этом направлении. Перспективные технологии обеспечения надежности включают использование контроля четности и кодов корректировки ошибок, а также применение избыточных ядер для проверки результатов вычислений основных ядер системы.