Блог

Sep 04, 2023

Ограничение выбросов углерода на суперкомпьютерах в Азии

Продуманная конструкция процессора, оптимизированное программирование и мощная государственная поддержка.

Продуманная конструкция процессоров, оптимизированное программирование и мощная государственная поддержка помогают сделать экосистемы высокопроизводительных вычислений более устойчивыми.

AsianScientist (11 апреля 2023 г.) — Когда Pixar и Disney впервые представили свой анимационный фильм «Университет монстров» 2013 года, фанаты быстро заметили одну поразительную деталь: мех, покрывающий Салли, одного из двух главных героев фильма, был чрезвычайно реалистичным.

Миллионы и миллионы крошечных прядей меха убедительно покачивались всякий раз, когда нежный великан двигал конечностями, и даже взъерошивались под узкой рубашкой, как и следовало ожидать. Секрет аниматоров? Суперкомпьютер, который в то время считался бы одним из самых быстрых в мире, автоматически перерисовывал каждую прядь меха и позволял ей улавливать и отражать свет при каждом кадре движения.

Обычные настольные компьютеры не обладают вычислительной мощностью для выполнения такого типа анимации — на самом деле, даже в более дорогих версиях с этим возникли бы проблемы. Но аниматоры показали, что Салли и другие монстры в фильме, а также каждая текстура, оттенок и кадр обязаны своим четким и ярким существованием высокопроизводительным вычислениям (HPC).

Эта технология, способная легко выполнять миллиарды вычислений, используется для прогнозирования цунами, стимулирования инноваций в сфере здравоохранения и изучения происхождения сверхмассивных черных дыр. Сочетая в себе мощные процессоры, сложное программное обеспечение и другие передовые вычислительные технологии, HPC использует тысячи вычислительных узлов, работающих одновременно, для выполнения чрезвычайно сложных вычислительных задач гораздо быстрее, чем это может сделать обычный компьютер.

Есть только одна проблема. С большой вычислительной мощностью возникает большая энергетическая ответственность. Несмотря на то, что системы HPC помогают решить некоторые из наиболее насущных проблем общества за десятилетие, прошедшие со времени Университета монстров, они создают еще одну проблему: огромный углеродный след.

Чтобы сбалансировать вычислительную мощность и устойчивость, суперкомпьютеры по всей Азии все чаще оснащаются более энергоэффективными процессорами и программным обеспечением. Между тем, правительства осознают необходимость в более устойчивых источниках энергии и политике, формируя свои растущие экосистемы высокопроизводительных вычислений.

Одним из основных факторов выбросов углекислого газа HPC является их высокая потребность в энергии. В конце концов, для поддержки такой мощной вычислительной мощности необходим надежный и устойчивый поток энергии. Например, система HPC Университета Монстров включала 2000 компьютеров с общим количеством ядер 24000. Несмотря на такую ​​вычислительную мощность, для полной рендеринга фильма по-прежнему требовалось более 100 миллионов процессорных часов. Тем временем счета Pixar за электроэнергию продолжали расти.

Более того, системе Frontier, самому мощному суперкомпьютеру в мире по состоянию на ноябрь 2022 года, требуется более 20 МВт мощности для более чем 8,7 миллионов ядер — этого достаточно для снабжения около 52 600 домохозяйств в Сингапуре в течение месяца.

В общей сложности, только питание 500 лучших суперкомпьютеров мира выбрасывает около двух миллионов метрических тонн углекислого газа в год, что эквивалентно примерно 285 000 домохозяйств.

Кроме того, любой честный учет ущерба окружающей среде от систем HPC должен учитывать всю экосистему технологий, которые ее поддерживают. В конце концов, сами вычислительные машины образуют лишь одну, хотя и центральную, часть уравнения.

Большая часть энергии, поступающей в суперкомпьютеры, рассеивается в виде тепла. Чтобы контролировать температуру и гарантировать правильную работу машин, вычислительные мощности используют сложные механизмы охлаждения, которые сами по себе часто потребляют много энергии.

Еще одним периферийным источником выбросов углерода в системах HPC являются данные. По оценкам Международного энергетического агентства, в 2021 году центры обработки данных по всему миру использовали от 220 до 321 ТВт-ч энергии — достаточно, чтобы затмить потребление некоторых стран. Учитывая растущую зависимость мира от систем высокопроизводительных вычислений, профессор Тан Тин Ви, исполнительный директор Национального суперкомпьютерного центра (NSCC) Сингапура, предсказал, что в будущем до 10 процентов мирового потребления энергии будет приходиться на работу центров обработки данных. «Потребление энергии станет огромной проблемой», — сказал Тан Supercomputing Asia.