Будущее уже здесь - нейроморфные компьютеры, кремниевая фотоника и другие забавные звери (часть I)

"Будущее уже здесь, только оно неравномерно распределено"

(с) Уильям Гибсон

Очень коротко про перспективные технологии для высокопроизводительных вычислений.

I. Кремниевая фотоника, она же Silicon Photonics.

Основная идея - передача данных с помощью света. Технология интерконнекта, которая использует сочетание кремниевой интегральной схемы и полупроводникового лазера. Гибридные полупроводниковые лазеры потенциально могут очень быстро передавать большие объемы информации. Такие технологии могут использоваться как для передачи данных внутри узла, так и в качестве межузлового интерконнекта.

Фотонный интерконнект. Источник: Summary Report of the Advanced Scientific Computing Advisory Committee (ASCAC) Subcommittee

Готовность технологии: Luxtera делает, Intel делает, IBM делает и целый консорциум есть, AIM photonics. Про реальное применение в больших дата-центрах и суперкомпьютерах много и давно пишут, но вот информации про готовые системы не видно.

II. Нейроморфная архитектура.

Амбициозная идея - создать компьютер по образу и подобию человеческого мозга. Симулировать, уж насколько получится, принципы функционирования мозговых нейронов.

Стандартная, фон Неймановская архитектура и нейроморфная - найди отличия. Источник: Summary Report of the Advanced Scientific Computing Advisory Committee (ASCAC) Subcommittee

Готовность технологии: На алгоритмическом уровне "нейронные сети" и прочий искусственный интеллект уже активно используется.

А вот в немецком городке Хайдельберг есть физическая модель - машина BrainScaleS, которая аналоговым образом моделирует 4 миллиона нейронов и 1 миллиард синапсов. И другие проекты есть, например канадский стартап.

III. Реконфигурируемая логика для HPC.

Не то, чтобы это супер-инновация. FPGA давно пытаются применить в HPC - ведь можно получить производительность на два порядка выше, чем у обычных процессоров и с меньшим энергопотреблением. Правда, только для специальных, очень хорошо оптимизированных вычислительных программ (которые ещё и изначально хорошо на архитектуру ложатся). А оптимизации нужны сложные, поэтому сейчас в тренде GPU, а не FPGA - адаптация проще, софта больше.

Процессор Intel с FPGA. Источник: https://www.nextplatform.com/2018/05/24/a-peek-inside-that-intel-xeon-fpga-hybrid-chip/

Готовность технологии: FPGA уже доступны сегодня, Intel тут на форуме Fujitsu в Токио представлял гибридное решение Intel Xeon CPU-Arria 10 FPGA. Осталось построить из них суперкомпьютер и заставить его работать на реальных задачах (а вот это потребует усилий).

Продолжение (про квантовые компьютеры, аналоговые вычисления и memory-centric парадигму) здесь.