Komputer zasilany elektroniczną krwią

Jak dotąd "najmądrzejszym" komputerem opracowanym przez IBM jest Watson, któremu w wielkim stylu udało się pokonać dwóch zwycięzców teleturnieju "Jeopardy" - Brada Ruttera, który dotychczas wygrał najwięcej pieniędzy w tym teleturnieju oraz Kena Jenningsa,który najdłużej był w nim niepokonanym mistrzem.

Jednak podczas gdy mózgom Jenningsa i Ruttera wystarczało zaledwie 20 watów energii, Watson potrzebował 85 tys. watów. Dlatego firma stawia na zwiększenie energetycznej wydajności swoich komputerów, a nie tylko ich mocy.

Ludzki mózg przy niewielkiej objętości ma niezwykłe możliwości obliczeniowe i wymaga mocy tylko 20 watów. IBM chciałby się zbliżyć do tych parametrów. Mózg jest zarówno zaopatrywany w substancje pokarmowe jak i chłodzony przez sieć cieniutkich naczyń krwionośnych - kapilar.

Bardzo prosty model urządzenia zademonstrowali w ubiegłym tygodniu dr Patrick Ruch i dr Bruno Michel z laboratorium IBM w Zurychu. Zdaniem twórców, rozwój technologii doprowadzi około roku 2060 do powstania mieszczących się na biurku komputerów o mocy mierzonej w biliardach operacji zmiennoprzecinkowych na sekundę (petaflopach).

Obecnie maszyny o takich możliwościach zajmują odpowiednik połowy boiska piłkarskiego. "Elementy obliczeniowe" mózgu są upakowane 10 tys. razy gęściej niż we współczesnych komputerach - podobnie jest z jego wydajnością energetyczną.

Na zdjęciu: Inspirowany budową mózgu prototypowy komputer IBM (fot. IBM)

Krzemowe procesory, których możliwości obliczeniowe od 50 lat podwajają się co kilkanaście miesięcy (zgodnie z prawem Moore'a) zaczynają osiągać kres możliwości - nie mogą się dalej zmniejszać, bo grozi to przegrzaniem.

Jak wyjaśnia Bruno Michel, 99 proc. objętości komputera przypada na chłodzenie i zasilanie, zaś tylko 1 proc. zajmują układy zajmujące się samym przetwarzaniem informacji. Tymczasem mózg wykorzystuje do działania 40 proc. swojej objętości, zaś do chłodzenia i zaopatrywania w energię wystarcza zaledwie 10 proc.

Architektura komputera inspirowana jest prawami natury - metaboliczna wydajność zwierzęcia rośnie wraz z rozmiarami jego ciała. Słoń waży tyle, co milion myszy, ale zużywa 30 razy mniej energii i może podejmować się zadań, jakim nawet milion myszy nie podoła.

Cechy nowego komputera to na przykład architektura 3D - układy elektroniczne są ułożone w "stosy" procesory na przemian z jednostkami pamięci. Dzięki temu skracają się niezbędne połączenia elektryczne. Jednak w przypadku komputerów chłodzonych powietrzem taki układ groziłby przegrzaniem. Dzięki cieniutkim rurkom pomiędzy układami udało się ominąć ten problem.

Podobne chłodzenie wodne zastosowano wcześniej w niemieckim superkomputerze SuperMUC, który zużywa o 40 proc. mniej energii niż inne podobne konstrukcje.

Komputer IBM idzie o krok dalej - chłodzący roztwór jest jednocześnie źródłem zasilania, czymś w rodzaju płynnej baterii. Działa jak krew, która jednocześnie dostarcza mózgowi cukru i chłodzi go. System "redox flow" przepompowuje elektrolit poprzez mózg, co zarówno dostarcza energii, jak i pozwala pozbyć się nadmiaru ciepła.

Elektrolit jest "ładowany" energią za pośrednictwem elektrod, po czym zostaje przepompowany do komputera, gdzie się "wyładowuje". Nie jest to technologia ani bardzo skomplikowana, ani specjalnie nowa, jednak po raz pierwszy wykorzystano ją w taki sposób.

IBM chce w przyszłości zbudować chłodzony i zasilany elektrolitem komputer wykonujący w ciągu sekundy tryliard (milion biliardów) operacji zmiennoprzecinkowych - czyli o mocy zetaflopa. Taki komputer zbudowany w sposób tradycyjny potrzebowałby mocy większej od wszystkich ziemskich elektrowni. (PAP)

pmw/krf/