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Un supercomputer più intelligente
Nonostante tutta la potenza dei supercomputer di oggi, nessuno è abbastanza potente da eseguire algoritmi che prevedono il tempo futuro fino al chilometro, una risoluzione che consentirebbe ai ricercatori di modellare il comportamento delle nuvole, migliorando l'accuratezza complessiva dei modelli climatici e consentendo decisioni politiche migliori sul riscaldamento globale. Ma ora, i ricercatori del Lawrence Berkeley National Laboratory, a Berkeley, in California, hanno progettato un nuovo tipo di supercomputer che potrebbe essere abbastanza potente da eseguire modelli con precisione chilometrica. Inoltre, il supercomputer proposto, che sfrutta la tecnologia di progettazione dei chip dei telefoni cellulari e dei lettori MP3, sarebbe centinaia di volte più efficiente dal punto di vista energetico rispetto a qualsiasi altro supercomputer, rendendone più conveniente l'esecuzione.
Prova: I ricercatori simulano il layout di uno dei 20 milioni di processori che verranno utilizzati per costruire un supercomputer a basso consumo energetico in grado di modellare il cambiamento climatico con una risoluzione chilometrica.
In questo momento con i supercomputer, il denaro è l'ostacolo alla costruzione di un sistema più grande per affrontare problemi più grandi, afferma John Shalf , un informatico al Lawrence Berkeley National Laboratory. Utilizzando la tecnologia odierna, un supercomputer in grado di eseguire modelli climatici ad alta risoluzione produrrebbe una bolletta energetica di circa 150 milioni di dollari all'anno, afferma Shalf. Ma costruendo un supercomputer con processori ottimizzati per risparmiare energia, simile all'approccio utilizzato nell'industria dell'elettronica mobile, Shalf e i suoi colleghi si aspettano di poter far funzionare un supercomputer per una frazione del costo.
Il supercomputer di Berkeley fa parte di uno sforzo degli scienziati del clima per portare più potenza di calcolo a modelli climatici altamente complessi. All'inizio di questo mese, il National Center for Atmospheric Research, a Boulder, CO, ha annunciato che utilizzerà un supercomputer IBM per esaminare gli effetti del cambiamento climatico. Il supercomputer di Berkeley, tuttavia, rappresenterebbe un grande miglioramento perché potrebbe essere molto più efficiente dal punto di vista energetico.
I processori generici, come quelli dei personal computer, sono diventati abbastanza potenti ed economici che molti ricercatori hanno semplicemente cablato cluster di questi processori standard per eseguire attività computazionali intense. Sebbene questo approccio funzioni per una serie di problemi scientifici, fallisce per i modelli climatici ad alta risoluzione: il calcolo richiede semplicemente troppa potenza.
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Guarda gli scienziati che discutono di un nuovo approccio al supercalcolo efficiente dal punto di vista energetico.
Mentre un processore per uso generico è costruito per gestire una serie di operazioni, un processore per iPod, ad esempio, è specializzato solo per un numero limitato di attività. I ricercatori di Berkeley hanno utilizzato il software di Tensilica, un produttore di chip di Santa Clara, in California, che sviluppa chip per Motorola, per costruire un core con solo le funzioni necessarie. Inoltre, i ricercatori hanno progettato su misura la memoria del chip e la struttura di comunicazione tra i core per ridurre le inefficienze, riducendo al minimo il consumo energetico.
In totale, il supercomputer sarà composto da 20 milioni di core di elaborazione. I ricercatori stimano che, con 32 core su un chip delle dimensioni di una scatola di fiammiferi, l'intero supercomputer occuperà uno spazio delle dimensioni di mezzo campo da tennis. Entro la fine dell'anno, i ricercatori prevedono di essere in grado di simulare un modello climatico su decine di nuclei. Questo approccio consentirà ai ricercatori di modificare l'hardware per adattarlo meglio al modello, nonché di modificare il modello per adattarlo all'hardware. Invece di costruire un computer e poi lanciargli un problema di scienza, stiamo guardando il problema di scienza e costruendo un computer per adattarlo al problema, dice Shalf.
Il modello climatico specializzato, costruito dai ricercatori della Colorado State University, divide il globo in 20 milioni di celle, una per ciascun processore, e sarà in grado di monitorare il movimento dei sistemi di tempesta e dei fronti meteorologici. Le nuvole sono le parti meno simulate del sistema climatico, afferma Michael Wehner, ricercatore climatico presso il laboratorio di Berkeley. E questo ha molte conseguenze.
Attualmente, i modelli climatici stimano il comportamento delle nuvole con una risoluzione di centinaia di chilometri. Ciò significa che modelli climatici simili producono risultati drasticamente diversi. Inoltre, i modelli a risoluzione più elevata sono importanti quando si prendono decisioni politiche a livello regionale, afferma Wehner. Ad esempio, i governi possono decidere se spostare o meno i raccolti, prevedere un budget per più acqua durante potenziali siccità future o migliorare le infrastrutture nelle città costiere. I modelli migliorati dovrebbero rendere queste decisioni più facili da giustificare, afferma Wehner.
Tuttavia, non è chiaro se il design del supercomputer dei ricercatori di Berkeley consentirà effettivamente di risparmiare denaro a lungo termine, poiché i costi di progettazione e produzione possono arrivare a milioni di dollari. E mentre i ricercatori si immergono più a fondo nel testare il design, potrebbero esserci delle sfide con la progettazione del sistema di comunicazione inter-chip. Il problema quando metti insieme molti dei [core] è che spesso ci sono inefficienze nell'aggregarli, dice Mark Horowitz , professore di ingegneria elettrica e informatica alla Stanford University, a Palo Alto, in California. È un'idea davvero interessante, dice, ma non è chiaro se avrà successo o meno.