Четыре года назад Алисия Гибб попыталась объединить разобщенное сообщество производителей открытого оборудования с целью совместного создания инновационных продуктов.

Так появилась на свет организация Open Source Hardware Association, которая должна создать условия для обмена информацией между аппаратными «хакерами» и способствовать дальнейшему совершенствованию и модернизации аппаратных архитектур. Этику и дух сообщества разработчиков программного обеспечения с открытым кодом предполагается перенести в мир оборудования, предоставив всем желающим возможность использования процессоров, машин и устройств по своему усмотрению.

За прошедшее с тех пор время ассоциация OSHWA уже обрела определенную силу. В ее работе принимают активное участие компании Intel, Raspberry Pi и Sparkfun. Расширение организации совпало со стремительно растущей популярностью плат для разработчиков Arduino и Raspberry Pi, имеющих открытую архитектуру и код и предназначенных для создания различных гаджетов и устройств Интернета вещей.

В последние недели ассоциация OSHWA приблизилась и к одной из своих первоначальных целей – сертификации открытого оборудования. Цель сертификации заключается в том, чтобы отделить открытое оборудование от всех прочих аппаратных продуктов. Сертификация упростит воспроизведение уже имеющейся аппаратной архитектуры.

Для получения сертификата OSHWA требует от создателей оборудования опубликовать списки используемых материалов и программного обеспечения, конструкторские схемы, файлы проектов, а также другую документацию, необходимую для выпуска производных продуктов. Эти требования относятся к печатным платам, деталям, создаваемым с помощью 3D-принтеров, электронным компонентам, процессорам и любым другим аппаратным средствам, которые подпадают под определение открытого оборудования OSHWA.

Оформив юридически обязывающее соглашение, производители получат разрешение использовать обозначение Open Hardware. В перспективе OSHWA создаст каталог для всех сертифицированных продуктов. Пока же по причине разрозненности сообщества такого каталога не существует.

«Если пользователи смогут увидеть, как работает оборудование, они почувствуют себя увереннее, – отметила Гибб. – Зная, что ваш продукт обеспечивает желаемый уровень конфиденциальности, совместим с другими инструментами и отличается простотой настройки, покупатели с высокой долей вероятности предпочтут его предложениям конкурентов. Открытое оборудование обладает и другими преимуществами. Оформление патентов на аппаратные решения стоит дорого и занимает много времени, а открытое оборудование позволяет быстрее выводить продукты на рынок без каких-либо серьезных финансовых затрат».

Это особенно актуально сегодня, когда многие умельцы быстро создают конкурентоспособные продукты прямо у себя дома. Возможностей дешевых стандартных компонентов оказывается сегодня вполне достаточно для разработки того, что вполне может стать очередным громким хитом.

Среди известных продуктов, которые будут сертифицированы OSHWA уже в ближайшие несколько недель, можно назвать BeagleBone Black Wireless и ряд других плат компании SparkFun. В дальнейшем список этот будет расширяться. К числу потенциальных кандидатов следует отнести открытые платы для разработчиков и одноплатные компьютеры MinnowBoard, Orange Pi и 96boards.

К сертифицируемым открытыс продуктам можно отнести также устройства, распечатываемые на 3D-принтерах. Компания 3D Central получила сертификат на распечатываемые таким образом наушники и опубликовала файлы печати, конструкторскую документацию и инструкции по сборке.

«Покупая пару наших наушников, клиент благодаря сертификации получает простой доступ к документации, – указал директор 3D Central по развитию бизнеса Эндрю Синк. – Покупатели смогут, к примеру, легко заменить изношенные амбушюры или распечатать на принтере какой-нибудь сломавшийся компонент».

Будучи производителем, Синк с нетерпением ждет появления каталога открытого оборудования с описанием продуктов, которые можно будет использовать при реализации новых проектов. Сертификация решает и вопросы авторской принадлежности.

«В большинстве наших изделий и публикаций используется авторский договор Creative Commons Share-Alike, и нам всегда неприятно, когда наши решения продаются конкурентами без указания нашего авторства, – подчеркнул Синк. – Продуктам же, получившим сертификат Open Hardware, будет присваиваться логотип с указанием авторской принадлежности».

Конференция Open Hardware Summit, проводимая OSHWA, пользуется большой популярностью среди производителей открытого оборудования. Деятельность организации поддерживается сегодня университетами, разработчиками, коммерческими предприятиями и хакерским сообществом.

«Обладая сертификатом, производители оборудования чувствуют свою причастность к общему делу, – отметил член совета директоров OSHWA Майкл Вайнберг, специализирующийся на защите интеллектуальной собственности и занимающий должность главного юрисконсульта в компании Shapeways. – Появляется все больше жалающих, чтобы их ассоциировали с движением Open Source».

Сертификация продукции позволит OSHWA создать централизованный ресурс с информацией об открытом оборудовании. Но, как и в случае с лицензированием программного обеспечения с открытым кодом, процесс этот будет достаточно долгим. И важную роль здесь должно сыграть единство производителей в части определения открытого оборудования.

«Поначалу возможны ошибки с включением в каталог продуктов, которые не заслуживают сертификации, но по мере налаживания процесса мы сможем гарантировать, что здесь представлено только действительно открытое оборудование, – указал Вайнберг. – Однако у сертификации имеются и свои ограничения. Open Hardware – это всего лишь сертификат, и он не защищает компании от обвинений в нарушении авторских прав. Если какой-то производитель заявит, что продукт с сертификатом Open Hardware нарушает его авторские права, OSHWA свяжется с получателем сертификата и постарается выяснить, в какой степени его продукт соответствует определению открытого оборудования. Организация будет учиться и расти».

У Гибб с OSHWA связаны большие планы. Она намерена обратиться в Ведомство по патентам и товарным знакам США с предложением присвоить каталогу открытых продуктов статус источника известных полезных образцов.

«Именно известные прототипы способствуют признанию открытого оборудования и предотвращают попытки запатентовать те же самые решения, – подчеркнула Гибб. – Они являются неотъемлемой частью открытого оборудования. Когда Open Hardware получит всеобщее признание, сертификационный каталог превратится в полноценный репозитарий открытого оборудования. Но сегодня у нас еще нет столь далеко идущих планов, ведь создание репозитария и управление им – очень сложная задача. Очевидно, сообществу понадобится какое-то время для описания базовых функций и возможностей репозитария, сертификация же положит начало обсуждению этих вопросов».

На протяжении многих лет вопрос существенного роста производительности серверных процессоров практически не поднимался, но компания AMD, разработавшая чип Zen, сумела вернуть сюда интригу. И это сразу же положительно отразилось на продукции Intel.

Компания Intel внесла ряд изменений, направленных на повышение производительности, в свой самый быстрый процессор, 22-ядерный Xeon E5-2699 v4. Новый 22-ядерный чип, получивший название Xeon E5-2699A v4, будет работать на 5% быстрее своего предшественника.

Может показаться, что 5% – не так уж много, но для тысяч серверов, построенных на базе этих процессоров, этот рост станет весьма ощутимым. Четырехпроцессорные серверы будут иметь до 88 процессорных ядер, и их производительность вырастет уже на 20%.

Новые чипы могут использоваться в рабочих станциях наряду с новейшими графическими процессорами, предназначенными для создания контента виртуальной реальности и для работы со сложными инженерными приложениями.

Разработку нового чипа можно считать признаком того, что в Intel стали уделять производительности процессоров больше внимания. С появлением каждого очередного поколения процессоров их производительность возрастает на 10-20%. Но в руководстве Intel говорят о необходимости более существенного увеличения быстродействия серверных чипов, к которым обращаются приложения с повышенными требованиями к ресурсам. Особенно заметно это на примере 72-ядерного процессора Xeon Phi, который разрабатывался под кодовым наименованием Knights Landing и сегодня адаптируется к решению задач искусственного интеллекта.

Остается посмотреть, чем ответит Intel на заявления AMD о 40-процентном повышении производительности Zen.

Новый 22-ядерный процессор Intel построен на основе архитектуры Broadwell. Новые серверные чипы с архитектурой Skylake, обещающие существенное увеличение производительности, компания планирует представить в середине следующего года. Новейшие чипы Intel для ПК созданы на базе новой микроархитектуры Kaby Lake, но в серверных чипах новая архитектура обычно появляется несколько позже.

Увеличения производительности удалось добиться за счет оптимизации 14-нанометрового технологического процесса, что в прошлом зачастую порождало дополнительные осложнения. Так выпуск процессоров Broadwell для ПК из-за производственных проблем был отложен, однако при разработке Skylake производитель уложился в сроки, внеся дополнительные улучшения в процессорную архитектуру.

Процессор Xeon E5-2699A v4 работает на частоте 2,4 ГГц и имеет 55 Мбайт кэш-памяти третьего уровня. Он интегрировал с сетями и системами хранения, имеет поддержку операций ввода-вывода и более эффективную реализацию распределения кэш-памяти.

В настоящее время  Intel доминирует на рынке серверных процессоров, удерживая на нем долю в 90%. Но конкуренты уже начинают сокращать разрыв, что стало для Intel неожиданностью. Самый производительный на сегодняшний день в мире суперкомпьютер TaihuLight построен на базе китайского процессора, а компания ARM совместно с Fujitsu работает над созданием в Японии нового самого быстрого компьютера.

Корпорация Intel перевела свои процессоры для ПК на новую архитектуру Kaby Lake, но окончательно отказываться от микроархитектуры Skylake предыдущего поколения пока не собирается.

«Новые серверные процессоры на базе архитектуры Skylake, которые смогут похвастаться существенным увеличением производительности, будут представлены в середине 2017 года, – сообщил Барри Дэвис, генеральный менеджер подразделения Intel, разрабатывающего продукты для повышенной рабочей нагрузки. – Чипы Xeon с архитектурой Skylake будут устанавливаться в серверы массового производства. Их появление ознаменует собой очередной виток модернизации оборудования».

Процессоры Xeon обсуждаются не так активно, как чипы Intel для ПК, но остаются весьма популярными. Для выполнения поисковых операций, поддержки социальных сетей и решения задач искусственного интеллекта компании Google, Facebook и Amazon закупают тысячи серверов с чипами Xeon.

Процессоры Xeon находят также применение в рабочих станциях HP Z840 и Apple Mac Pro, которые предназначены для решения сложных инженерных задач и работы с приложениями виртуальной реальности.

Новые процессоры придут на смену чипам Xeon E5 v4 на основе архитектуры Broadwell, поставки которых начались в текущем году. Если чипы Xeon с архитектурой Broadwell имели до 22 ядер, то у Xeon на базе Skylake число ядер, возможно, станет еще больше.

Обычно массовые поставки процессоров Xeon начинаются в марте, так что выпуск чипов Skylake немного задерживается. Обусловлено это, вероятно, агрессивным продвижением корпорацией Intel технологий машинного обучения, которые заставляют ее переосмысливать способы анализа данных и решения различных задач. Переход к машинному обучению повлечет за собой и изменения в серверных конфигурациях. Увеличится число клиентов, закупающих серверы с графическими процессорами.

«Большая часть последних Xeon E5 поставлялась облачным клиентам, – указал главный аналитик компании Mercury Research Дин Маккеррон. – Увеличение спроса на самые разные процессоры Xeon привело к росту цен».

Возможно, процессоры Xeon с архитектурой Skylake будут адаптированы к решению задач искусственного интеллекта, для которых характерен высокий уровень нагрузки по сравнению с обычными облачными задачами, заключающимися, как правило, в получении очередной записи, ее обработке и накоплении результатов. В задачах искусственного интеллекта рабочая нагрузка распараллелена, вот почему графические процессоры приобретают все большую популярность. Дело в том, что они отлично справляются с параллельной обработкой.

«С учетом нового характера рабочей нагрузки в Intel скорее всего постараются адаптировать к ней свои чипы Xeon, – считает Маккеррон. – А это повлечет за собой определенные изменения в программных инструментах и внесение коррективов в набор инструкций».

Новые процессоры будут поддерживать дополнительные функции, которые помогут поднять производительность при решении задач искусственного интеллекта. Одной из таких функций станет AVX-512, обеспечивающая ускорение выполнения операций с плавающей точкой и усиление безопасности. Функция AVX-512 была позаимствована у новейшего суперкомпьютерного чипа Intel, 72-ядерного Xeon Phi, разрабатывавшегося под кодовым наименованием Knights Landing.

Еще одним нововведением станет поддержка высокопроизводительной коммуникационной архитектуры Intel OmniPath, которая позволит устанавливать высокоскоростные соединения между серверами, системами хранения, сетевыми компонентами и другим оборудованием ЦОД. OmniPath отводится ключевое значение в новой архитектуре ЦОД, где подсистемы хранения и память выводятся за границы серверов и размещаются в отдельных корпусах, соединенных каналами связи с другим оборудованием. Такой подход поможет увеличить емкость хранения, объемы оперативной памяти и процессорные мощности с одновременным сокращением энергопотребления.

В следующем году Intel наладит выпуск программируемых логических матриц FPGA (field programmable gate array) для глубинного обучения, которые будут подключаться к серверам. Оборудование Intel Deep Learning Inference Accelerator составит конкуренцию чипам Google Tensor Processing Unit при выполнении операций логического вывода и построения более эффективных систем глубинного обучения.

Микросхемы FPGA будут поставляться с полным набором алгоритмов нейронных сетей. Они построены на базе технологии, разработанной компанией Altera, которую Intel приобрела в прошлом году за 67 млрд долл.

Компания AMD представила четкий бизнес-план: в дополнение к перспективному 32-ядерному процессору Zen, который будет устанавливаться в высокопроизводительные серверы, будут разработаны мощные графические процессоры.

Эта комбинация позволит увеличить вычислительную мощность серверов и поможет AMD вернуться на серверный рынок, который она фактически покинула из-за собственных ошибок. Кроме того, компания уже занялась проектированием серверного программного обеспечения.

AMD представила новейшую версию программных инструментов ROCm, упрощающих написание и компиляцию параллельных программ для графических и центральных процессоров. Предназначены они, главным образом, для организации высокопроизводительных вычислений.

В плане AMD, целью которого является возврат компании своей доли на быстрорастущем серверном рынке, ROCm отводится ключевая роль. Сегодня графические процессоры AMD находят применение в игровых консолях, ПК и системах виртуальной реальности. Программное обеспечение ROCm должно заложить основы для создания компанией графических процессоров, предназначенных для серверов с высоким уровнем масштабируемости.

Подобно Nvidia CUDA, ROCm представляет собой низкоуровневую среду программирования. При этом программное обеспечение распространяется с открытым кодом и поддерживает широкий спектр процессорных архитектур, включая ARM, Power и x86.

Помимо рынка серверов компания AMD намерена увеличивать свое присутствие и на рынке высокопроизводительных вычислений. В настоящее время большинство графических процессоров для ведущих суперкомпьютеров мира выпускается Nvidia, но инструменты ROCm позволят AMD создать условия для расширения своей ниши.

«Платформа ROCm ориентирована на крупномасштабное развертывание серверов и объединение множества графических процессоров в кластеры, которые будут размещаться в стойках», – пояснил старший директор Radeon Open Compute Грег Стонер.

Она совместима с новейшими графическими процессорами AMD Radeon Pro и графическими процессорами потребительского класса на основе архитектуры Polaris. Ее можно использовать для создания нейронных сетевых кластеров и для проведения научных расчетов.

Между тем, вопросы к стратегии AMD в области графических процессоров остаются. Ученые используют CUDA, потому что графические процессоры Nvidia уже установлены в суперкомпьютерах. AMD прекратила развитие суперкомпьютерного бренда FirePro, ограничившись брендом Radeon для серверов. Когда у AMD появятся графические процессоры для суперкомпьютеров, которые смогут составить конкуренцию продуктам Nvidia Tesla, в компании не сообщают, но всем ясно, что это весьма доходный рынок.

Конкретизировать планы AMD в отношении графических процессоров для суперкомпьютеров Стонер не стал, ограничившись заявлением о том, что ROCm сыграет очень важную роль в дальнейшем освоении его компанией рынка высокопроизводительных вычислений.

«Мы понимаем, как совершенствовать оборудование, предназначенное для суперкомпьютерного рынка», – указал он.

В основе ROCm лежат спецификации Heterogeneous System Architecture (HSA) Foundation, которые должны объединить вычислительные мощности центральных, графических и других процессоров системы. В AMD заявили, что спецификации HSA должны прийти на смену спецификациям OpenCL, используемым сейчас при параллельном программировании.

В отличие от корпорации Intel, которая доминирует сегодня на серверном рынке и старается продвигать собственные проприетарные технологии, AMD нацелена на создание открытых стандартов. AMD принимает участие в работе недавно созданных организаций Gen-Z и OpenCAPI, которые занимаются проектированием открытых межкомпонентных соединений. Стонер уверен в том, что ROCm получит поддержку в этих организациях.

Cамый быстрый на сегодняшний день компьютер обладает производительностью примерно в 125 PFLOPS, но в ближайшие годы предельный уровень быстродействия может вырасти в четыре раза.

У суперкомпьютера Cray XC50, анонсированного в 14 ноября, производительностью в 1 PFLOPS обладает каждый узел, а их объединение позволяет довести общую производительность до 500 PFLOPS. (Типичный современный суперкомпьютер состоит из множества серверов, так называемых узлов, которые соединены друг с другом и позволяют достигать небывалой вычислительной мощности.) Процесс создания специальной конфигурации, обеспечивающей быстродействие в 500 PFLOPS, может занять несколько лет.

Быстродействие XC50 повышается благодаря применению целого ряда передовых технологий. Суперкомпьютер оснащается графическими процессорами Nvidia Tesla P100, а также с процессорами Intel Xeon и Xeon Phi, выступающими в роли ускорителей при организации научных вычислений.

Развернутый в Швейцарии суперкомпьютер Piz Daint, использующий более старую систему Cray XC30, будет модернизирован до уровня XC50. Согласно новому мировому рейтингу Top500 в настоящее время он входит в восьмерку самых быстрых систем.

В результате уже начатой модернизации Piz Daint будет объединен с другим суперкомпьютером, Piz Dora. После завершения процедуры объединения и установки новых компонентов Piz Daint станет одним из самых мощных суперкомпьютеров в мире. Однако конкретные цифры его производительности Cray пока не сообщает.

Появление Cray XC50 станет еще одним шагом на пути к рубежу в один эксафлопс (миллион триллионов вычислительных операций в секунду). На вершине нынешнего рейтинга Top500 по-прежнему располагается китайский суперкомпьютер TaihuLight, обладающий производительностью в 125 PFLOPS.

Существующий вариант Piz Daint построен на базе старых процессоров Intel Xeon E5-v3, но способен поддерживать и чипы Intel Xeon E5-v5 с архитектурой Skylake, которые появятся в середине следующего года. Новые процессоры позволят существенно поднять уровень быстродействия.

Но на производительность компьютера влияют не только процессоры. Важную роль играют также шины передачи данных, подсистема хранения и сетевые каналы. Суперкомпьютер XC50 получит обновленную систему внутренних соединений Aries, которая используется в ряде моделей, относящихся к числу самых быстрых в мире. Топология Aries позволяет организовать многоточечные соединения вычислительных узлов.

XC50 будет оснащен массивом флеш-накопителей, которые придут на смену жестким дискам. Суперкомпьютер имеет небольшие индивидуальные шасси, благодаря чему расходы на охлаждение и энергопотребление окажутся достаточно низкими. Система жидкостного охлаждения для XC50 не понадобится.

Алмазы относятся к числу самых дорогих драгоценных камней в мире, но вместе с тем они могут выступать и в роли строительных блоков для квантовых компьютеров.

Поскольку по своей структуре алмазы являются очень прочными, исследователи уверены в том, что они помогут преодолеть ряд трудностей, с которыми пришлось столкнуться разработчикам квантовых компьютеров.

Потенциал квантовых компьютеров огромен – они могли бы способствовать значительному повышению вычислительной мощности и в конечном итоге прийти на смену сегодняшним ПК и серверам.

Но появления универсальных квантовых компьютеров, судя по всему, придется ждать десятки лет, что обусловлено помимо всего прочего еще и сложностью создания подобных систем. На сегодняшний день квантовые компьютеры являются крайне неустойчивыми. Тем не менее, исследователи активно ищут пути преодоления имеющихся трудностей в части использования существующих материалов, программирования и создания аппаратного обеспечения.

Исследователи из Университета Северной Каролины разработали систему для синтетического изготовления микроскопических алмазов – их называют еще наноалмазами – и специальных кристаллических структур, которые способствовали бы повышению устойчивости вычислений, выполняемых квантовыми компьютерами.

Исследователи адаптировали структуру наноалмазов, состоящих из атомов углерода, для стабилизации кубитов в центре квантового компьютера. Наноалмазы с примесями позволяют кубиту устойчиво изменять свои состояния.

В современных компьютерах биты данных хранятся в виде единиц и нулей, тогда как в квантовых компьютерах используются кубиты, позволяющие одновременно хранить единицу и ноль в нескольких состояниях. Благодаря такой суперпозиции кубиты создают условия для огромного роста вычислительного потенциала квантовых компьютеров.

Однако кубиты отличаются хрупкостью и неустойчивостью, вследствие чего создание квантовых компьютеров представляется пока труднодостижимым. После начала взаимодействия или «запутывания» кубитов в процессе выполнения вычислений их поведение и состояние становится трудно прогнозировать. А выход кубитов из-под контроля приводит к нарушению вычислительных циклов.

Исследователи из Университета Северной Каролины предложили новую технологию создания однокристальных наноалмазов, которые потенциально могли бы использоваться в качестве компонентов квантовых компьютеров, работающих при комнатной температуре. Соответствующая технология формирует стабильную среду для суперпозиции, которая в свою очередь помогает наладить устойчивое выполнение вычислений.

В мире уже существуют квантовые компьютеры, разработанные с использованием технологий IBM и D-Wave Systems, но они функционируют только при низких температурах, в специальных холодильниках.

Чистые алмазы, добываемые из недр, состоят из сцепленных друг с другом атомов углерода. Команда исследователей создает в наноалмазе так называемую азото-замещенную вакансию (nitrogen vacancy doped), в результате чего центральный атом углерода замещается атомом азота. Эта процедура превращает наноалмаз в кубит.

Сам NV-центр (nitrogen-vacancy center) сохраняет в суперпозиции устойчивость и может переходить из одного состояния в другое под воздействием электрического тока или лазера.

Добавление в наноалмазы азота осуществляется синтетическим путем с размещением на подложке аморфного углерода и последующей его бомбардировкой ионами азота и изотопами углерода-13.

Операция проводится при температуре 4 тыс. градусов Кельвина за миллионную долю секунды. Предложенный метод снижает количество примесей, которые могли бы нарушить квантовые вычислительные циклы.

«Новая технология создания азото-замещенных вакансий в наноалмазах стоит недорого и позволяет добиться значительных успехов в деле построения квантовых компьютеров», – указал профессор Университета Северной Каролины Джей Нараян.

В настоящее время исследователи обсуждают с государственными и частными организациями возможность использования полученных ими результатов для организации производства квантовых компьютеров.

Заголовки новостей пестрят сообщениями о достижениях корпорации IBM в области квантовых компьютеров и о чипе TrueNorth, моделирующем работу мозга, но интересные технические решения присутствуют и в новом серверном семействе серверов на платформе IBM POWER.

Внутри IBM S822LC — сервера, предназначенного для высокопроизводительных вычислений (High Performance Computing, HPC), — установлена новая шина, обеспечивающая пятикратное ускорение передачи данных между центральным и графическим процессором.

Шина создана на базе технологии NVLink, над которой компания Nvidia работала в течение нескольких лет. Двухпроцессорный сервер IBM, оснащенный чипами POWER8, стал первой системой, в которой используется такая шина.

По сути, NVLink представляет собой модернизированный вариант шины PCI-Express 3.0, которая служила для обмена данными между графическим процессором и другими компонентами системы.

Технологию NVLink поддерживают графические процессоры Nvidia, созданные на базе новой архитектуры Pascal. Со своей стороны IBM также реализовала в своих процессорах поддержку шины ввода-вывода NVLink – NVBus.

IBM первой из производителей серверов организовала поставки систем, совместимых с NVLink. По сообщениям Nvidia, аналогичные серверы x86-архитектуры, выпускаемые компаниями Dell, HPE и Cray, появятся в следующем году.

У Nvidia уже имеется собственный сервер DGX-1 с интерфейсом NVLink и восемью графическими процессорами Tesla P100.

Графические процессоры используются серверами в качестве сопроцессоров, ускоряющих обработку приложений, и высокопроизводительного конвейера, связанного с центральным процессором и обеспечивающего увеличение производительности. «Ускорение обработки помогает увеличить отдачу от баз данных, инженерных приложений и средств выявления мошенничества, – пояснил старший менеджер IBM по продажам систем Linux/POWER Дилан Бодей. – В качестве примера здесь можно привести приложение баз данных, обрабатываемых в оперативной памяти, Kinetica, которое эффективно использует вычислительную мощь графических процессоров. Приложение это разрабатывалось с прицелом на NVLink».

В настоящее время преимущества высокоскоростной шины NVLink доступны только графическим процессорам Tesla P100. В сервере высотой 2U можно разместить четыре таких процессора. При установке в сервер Linux других графических процессоров связь с ними осуществляется через шину PCI-Express 3.0.

Двухпроцессорный сервер поддерживает до 20 процессорных ядер и 1 Тбайт оперативной памяти. В нем предусмотрены отсеки для установки жестких дисков и твердотельных накопителей, имеются также три разъема PCI-Express. Отдельный интерфейс (coherent accelerator processor interface) предназначен для подключения заказных микросхем, а также программируемых логических матриц (Field Programmable Gate Array, FPGA).

В серверах на базе POWER8 используется первая версия NVLink. В следующем году IBM планирует представить процессоры и серверы POWER9 с поддержкой версии NVLink 2.0, которая будет работать существенно быстрее.

Корпорацией анонсирован также двухпроцессорный сервер, предназначенный для работы с Большими Данными. Интерфейса NVLink в нем не будет, но зато поддерживаются графические процессоры Nvidia K80 на базе старой архитектуры Kepler. В сервере можно разместить до 20 процессорных ядер, до 512 Гбайт оперативной памяти и до 96 Тбайт памяти хранения, подключаемой к слотам расширения. Кроме того, здесь имеется пять разъемов PCI-Express 3.0 и четыре разъема CAPI.

Компания D-Wave приближает «отставку» традиционных компьютеров, готовя к выпуску новую квантовую систему, по быстродействию в тысячу раз превышающую предыдущую. Компания предложит квантовый компьютер, состоящий из 2 тыс. кубитов, это вдвое больше, чем у нынешней модели D-Wave 2X, которая считается одной из самых передовых в мире.

Как заявил Джереми Хилтон, старший вице-президент D-Wave по системам, квантовый компьютер на 2 тыс. кубитов будет в 500-1000 раз быстрее, чем его предшественник. А через два-три года появится еще более мощная квантовая машина с процессором на основе совершенно новой конструкции, добавил он.

Многие современные ПК и серверы однажды могут быть вытеснены квантовыми компьютерами; исследования в этой области ведутся уже десятки лет. Проектированием квантовых систем помимо D-Wave сегодня активно занимается корпорация IBM.

Первый компьютер, считающийся квантовым, был введен в действие D-Wave в 2011 году. С тех пор системы компании купили Google, Lockheed Martin, НАСА и Лос-Аламосская национальная лаборатория.

В идеале квантовый компьютер должен стать универсальным с точки зрения круга поддерживаемых задач, и именно эту цель преследуют в IBM. Квантовый компьютер можно построить по-разному; система D-Wave рассчитана лишь на определенные задачи. В IBM же хотят создать машину, способную, подобно ПК, выполнять самые разные приложения.

Больший процессор позволит увеличить вычислительную мощность будущей системы D-Wave, которая сможет ускорять такие задачи, как машинное обучение, проектирование и контроль качества программных систем, объясняет Хилтон.

В D-Wave еще не определили весь круг возможных применений своей системы. В Лос-Аламосской национальной лаборатории приобрели квантовый компьютер для исследований в области новых компьютерных архитектур. В Google пользуются квантовой системой для машинного обучения и других задач. Кроме того, D-Wave предлагает удаленный доступ к своему компьютеру для тех, кто хочет принять участие в поиске новых применений для квантовых вычислений.

Машинное обучение представляется одной из наиболее перспективных областей, где могут найти применение квантовые системы. В самой D-Wave, в частности, разрабатывают модели, позволяющие оптимизировать классификацию, создание и анализ изображений. В компании также видят возможности использовать D-Wave в здравоохранении и финансовой отрасли.

С помощью квантовых компьютеров можно будет, к примеру, мгновенно распознавать людей на изображениях по мере загрузки этих изображений в социальных сетях.

D-Wave в ближайшее время проведет серию встреч с исследователями, чтобы подтолкнуть разработку программ для квантовых компьютеров. Писать приложения для системы D-Wave можно на стандартных языках, например, на C++, с использованием популярных моделей машинного обучения, таких как TensorFlow и Caffe, объясняют в компании.

По словам Хилтона, в D-Wave стремятся сделать переход на компьютер нового типа более простым для разработчиков благодаря применению традиционных моделей программирования.

Квантовые компьютеры, в отличие от традиционных вычислительных систем, основаны на ином аппаратном обеспечении, и они сложны в проектировании из-за непредсказуемости кубитов, применяемых в квантовом процессоре. Обычные компьютеры хранят данные в виде единиц и нулей, а кубиты одновременно могут находиться в нескольких состояниях, что позволяет выполнять больше вычислений в параллельном режиме.

Кубиты входят в суперпозицию состояний, подчиняясь законам квантовой механики, но они нестабильны и легко выходят из-под контроля под действием малейших внешних влияний. Подобная неустойчивость может негативно влиять на работу тех приложений, которым необходима надежная работоспособность в течение длительного времени.

Когда кубиты начинают взаимодействовать — «запутываться», их поведение и состояние спрогнозировать трудно. Но в D-Wave добились определенного уровня стабильности в работе кубитов за счет размещения их в контролируемой среде, охлажденной и находящейся под сильным давлением.

Исследователи до сих пор расходятся во мнении о том, является ли система D-Wave истинным квантовым компьютером, но, так или иначе, машины D-Wave обладают большой вычислительной мощностью.

По словам Хилтона, в компании работают над архитектурой универсального квантового компьютера, но краткосрочная цель — найти для нынешних систем как можно больше применений, в том числе в области машинного обучения.

Несмотря на всю шумиху вокруг квантовых компьютеров, традиционные ПК и серверы в ближайшее время на покой не уйдут, поскольку для создания универсального квантового компьютера нужно еще много исследований. Единственный реальный конкурент D-Wave сегодня — это IBM, которая предлагает доступ через облако к процессору из 5 кубитов.

В IBM приблизились к реализации замысла о разработке компьютера, обладающего «разумом» и способностью принимать решения, подобно человеку.

Созданный в корпорации чип под названием TrueNorth имитирует функции головного мозга человека. Сейчас в IBM тестируют TrueNorth, сопоставляя его по быстродействию и энергоэффективности с современными компьютерами.

Результаты «лобового» сравнения впечатляют. Как заявляют в IBM, TrueNorth может решать задачи глубинного обучения и, подобно людям, принимать решения исходя из ассоциаций и вероятностей. При этом чип расходует в разы меньше энергии, чем традиционные процессоры.

Способности чипа TrueNorth в области обучения и решения вычислительных задач «позволят наделить интеллектом робототехнику, автомобили, смартфоны, облачные платформы, суперкомпьютеры и весь вычислительный стек Интернета вещей», — говорится в посте IBM.

В текущем году процессор демонстрировался корпорацией в компьютере под названием NS16e, смоделированном по образу головного мозга. Он в состоянии справляться с распознаванием образов, речи и закономерностей с помощью процессорных модулей, объединенных в нейронную сеть.

В мозге человека 100 млрд нейронов, общающихся друг с другом по триллионам соединений, называемых синапсами. Область, носящая название коры, отвечает, помимо прочего, за обработку визуальной информации, другие зоны занимаются моторными функциями.

Подобно мозгу, у NS16e, оснащенного 16 чипами TrueNorth, есть свои цифровые «нейроны», только их меньше. В каждом процессоре TrueNorth миллион искусственных нейронов и 256 млн синапсов-проводников. NS16e обладает особой архитектурой памяти, вычислительных элементов и подсистем связи, которая обеспечивает энергоэффективную обработку данных.

Как сообщают в IBM, процессор TrueNorth способен классифицировать 1200-2600 изображений в секунду, расходуя при этом от 25 до 275 мВт. Чип также может обнаруживать закономерности в 50-100 параллельных видеопотоках по 24 кадра в секунду. Если бы эта задача выполнялась на смартфоне с процессором TrueNorth, аппарат мог бы работать несколько дней без подзарядки, утверждают в IBM.

Такой смартфон был бы энергоэффективнее, чем современные серверы на основе традиционных графических чипов, центральных процессоров и программируемых логических матриц FPGA. На подобных серверах в Facebook, Google и Microsoft работают системы глубинного обучения, предназначенные для распознавания образов и речи. Чаще всего графические процессоры, на которых функционирует соответствующее программное обеспечение, потребляют более 150 Вт.

В IBM для TrueNorth разработали алгоритмы и модели обучения, действующие по принципу распознавания шаблонов и выстраивания ассоциаций между текущими данными и полученными некоторое время назад. Чип можно использовать с существующими системами, например с MatConvNet — компонентом MATLAB для реализации сверточных нейронных сетей. Разработчики могут создавать в нем модели обучения, а TrueNorth будет выполнять фоновую обработку. Причем напрямую обращаться к процессору программистам не придется.

Эту ситуацию можно сравнить с той, что наблюдалась на заре разработки компьютерных игр, когда у разработчиков не было доступа к графическим процессорам и большинство еще не знало, как пользоваться их возможностями. Не так давно появился интерфейс программирования Vulkan, с помощью которого опытные программисты могут обращаться к функциям видеочипов напрямую.

Перспективы глубинного обучения видны на примере самоуправляемых автомобилей, мощные компьютеры которых обеспечивают безопасное вождение, распознавая сигналы светофора, дорожные знаки, разметку и пр. Подобно чипам в серверах и робомобилях, TrueNorth выполняет низкоуровневую обработку на индивидуальных нейронах, а затем комбинирует результаты, что позволяет идентифицировать объект на изображении или распознать звук. По тому же принципу строится работа специализированных процессоров Intel и Nvidia, но они, как утверждают в IBM, расходуют больше энергии, чем TrueNorth.

Работа над процессором-«мозгом» в IBM еще только началась. В корпорации хотят построить на чипах TrueNorth полный компьютерный аналог человеческого мозга, но вот создать программное обеспечение для машины таких огромных размеров будет весьма непросто.

Разрабатывать чипы, действующие по аналогии с мозгом, в IBM начали в 2004 году, а в 2009-м провели компьютерную симуляцию мозга кошки. Прототип TruNorth, созданный в 2011 году, имел всего 256 цифровых нейронов. Полноценный же компьютер, имитирующий человеческий мозг, скорее всего, появится еще не скоро.

В IBM на сегодняшний день идет работа над квантовым компьютером, который мог бы заменить нынешние ПК и серверы, чья архитектура была создана много десятилетий тому назад. А процессоры, имитирующие работу мозга человека, разрабатывают также в компании Hewlett-Packard Enterprise, в Стэнфордском, Гейдельбергском и Манчестерском университетах.