컴퓨터 발전의 원동력은 무엇인가요?

고성능 컴퓨터 발전의 원동력

고성능 컴퓨터 기술은 어느 정도 발전해 왔는가? 호황을 누리고 있는 클러스터 시스템이 고성능 컴퓨팅의 미래가 될 수 있을까요? 이는 고성능 컴퓨터에 관심이 있는 사람들의 공통적인 관심사이기도 합니다.

SC2003 슈퍼컴퓨터 컨퍼런스에서는 중국과학원 컴퓨팅기술연구소 전문가 대표단이 초청돼 고성능 컴퓨터와 그리드의 향후 발전에 관한 논의에 참여했다. 이들 전문가들이 내놓은 답변은 우리나라에서 널리 알려진 클러스터 고성능 컴퓨터 개발 방향과 정반대다. 국제 고성능 컴퓨터 커뮤니티의 어느 누구도 클러스터의 미래에 어떤 일이 일어날지 주목하지 않는다. . "클러스터 아키텍처 시스템은 386이 PC를 대중화한 것처럼 수많은 고성능 컴퓨팅 애플리케이션의 문을 열었지만 이는 고성능 컴퓨터 기술 연구의 목표와 방향과 동일시될 수 없습니다." 이 대조 설명에 대한 Fan Jianping의 반응. 실제로 우리는 이 TOP500 순위를 통해 미국 대학의 교사와 학생이 힘을 합쳐 TOP500에서 3위를 차지할 수 있는 클러스터 시스템을 구축할 수 있음을 확인했습니다. 과학자들이 여전히 동일한 문제에 관심을 갖고 있다면 별 의미가 없습니다.

관습에 따르면 슈퍼컴퓨터는 기술 리더로서 다음 단계의 시스템 연구에서 10~100배 더 높은 시스템 성능을 목표로 해야 합니다. 따라서 SC2003 컨퍼런스에서는 어떻게 페타플롭스 시스템을 구축할 것인가가 과학자들의 관심의 초점이 되었습니다. Fan Jianping은 다음과 같이 설명했습니다. “지난 수년간의 과학적 연구 결과를 통해 현재의 함대 시스템 배치는 비용 성능 측면에서 매우 우수한 성능을 발휘했습니다. 그러나 Petaflops의 목표를 향해 나아갈 때 이 경로를 계속 따르면 비용이 증가합니다. 높을수록 전력 소모, 신뢰성, 프로그래밍 등 일련의 문제도 드러날 것이기 때문에 모두가 이 길을 거부했습니다."

그렇다면 기술적인 부분은 무엇입니까? 차세대 고성능 컴퓨터 개발의 원동력은 모직물? Fan Jianping은 SC2003 회의에서 과학자들이 논의한 몇 가지 주요 방향에 대해 기자들에게 말했습니다.

첫 번째는 페타플롭스 시스템 아키텍처, 즉 10만 개의 프로세서를 어떻게 연결하느냐는 것이다. 페타플롭스 시대가 오면 시스템 아키텍트들이 가장 우려하는 이슈는 바로 이것이다. 100,000개의 프로세서를 성공적으로 연결할 수 있고 각 프로세서가 100억 배의 처리 속도에 도달하면 페타플롭스 시스템이 구현될 수 있습니다. 동시에, 페타플롭스는 아키텍처 설계자에게 큰 도전일 뿐만 아니라, 프로그램 컴파일러에게도 새로운 사고방식을 요구한다는 점을 지적해야 합니다.

둘째, 대역폭은 차세대 고성능 컴퓨터 아키텍처의 또 다른 주요 과제입니다. 어느 정도 현재의 과학 컴퓨팅은 주로 (알고리즘보다는) 대역폭에 의해 제한됩니다. 현재 세상에는 고속, 고대역폭 상호 연결 기술이 많이 있습니다. 핵심은 일단 PCB 보드를 "제거"한다는 것입니다. , 이는 크게 줄어들 것입니다. 이러한 문제를 해결하기 위해 광연결 기술은 많은 과학자들의 연구 범위에 포함되어 왔습니다. 또한, 칩 자체의 관점에서는 Memory-in-Processor(메모리에 프로세서가 통합됨), Processor-in-Memory(프로세서에 메모리가 통합됨), 기타 칩 기술 큰 진전이 이루어졌으며, 이는 프로세서와 메모리 사이의 이전 병목 현상을 극복하여 시스템의 컴퓨팅 성능을 크게 향상시킬 것입니다.

마지막으로 효율성이 강조됩니다. 과거에는 고성능 컴퓨터의 가격에 관계없이 모든 사람이 항상 컴퓨팅 속도를 추구했습니다. 하지만 이제 이러한 추세는 변화하고 있습니다. 고성능 컴퓨터가 문제를 해결하는 데 걸리는 시간뿐만 아니라 단위 공간당 플롭, 단위당 플롭과 같은 지표도 고려하기 시작했습니다. 전력 소비, 심지어 단위 자본 투자당 플롭까지 발생합니다.

또한 미국 로스앨러모스 국립연구소 과학자들이 기존 표준 슈퍼컴퓨터와 기존 클러스터 시스템을 대체할 수 있는 새로운 슈퍼컴퓨터 설계 개념을 제안했다는 소식도 인터넷을 통해 접했다.

이들 과학자들은 컴퓨팅 비용에는 전력, 인프라, 에어컨, 설치 공간, 시스템 오류 수리 시간, 시스템 유지 관리 인력 임금이 포함되어야 한다고 믿습니다. 즉, 원시 속도보다는 효율성과 신뢰성에 더 중점을 두어야 한다고 생각합니다. 슈퍼컴퓨터. 이 디자인을 사용한 최초의 슈퍼컴퓨터는 "Green Destiny" 시스템으로 명명되었습니다. 이 시스템은 블레이드 아키텍처를 기반으로 하며 노드의 COTS 장치는 0.5인치 마더보드 블레이드(RLX ServerBlades라고 함)에 설치되었습니다. ; 각 마더보드 블레이드에는 633MHz 클럭의 Transmeta TM5600 프로세서, 256MB 메모리, 10GB 하드 드라이브 및 3개의 100Mbps 고속 이더넷 인터페이스가 포함되어 있습니다. 24 이러한 마더보드 블레이드 중 하나는 높이가 5.25인 이동식 3U "RLX System 324" 랙에 설치됩니다. 10개의 랙 그룹이 네트워크 스위치를 통해 상호 연결되어 6인치 높이의 표준 컴퓨터 캐비닛을 구성합니다. 보고서에 따르면 '그린 데스티니'는 현재 초당 1,600억 번의 연산 속도와 335,000달러에 불과한 비용으로 가장 빠른 슈퍼컴퓨터나 클러스터 시스템과 비슷하지만 에너지 소비량은 크기의 10%에 불과하다. 그 중 25%에 불과합니다. 연구실 연구진에 따르면 시뮬레이션 실험에서 '그린 데스티니' 시스템의 컴퓨팅 성능이 2,000배 확장되면 크기는 65배만 늘어나는 것으로 나타났다. 가장 매력적인 점은 Green Destiny 시스템이 화씨 85도에 달하는 먼지가 많은 실내에서 8개월 동안 지속적으로 작동할 수 있다는 것입니다.

또한 기자는 IBM이 개발 중인 BlueGene/L 슈퍼컴퓨터 프로젝트가 2005년 최종 완성되면 전력면에서 현재의 고성능 컴퓨터보다 훨씬 작아질 것이라는 사실도 IBM으로부터 알게 됐다. 소비와 양이 크게 변합니다. Li Guojie 학자는 또한 컴퓨팅 기술 연구소의 다음 단계는 모든 사람이 쉽게 사용할 수 있도록 작은 타워 크기의 테라플롭 컴퓨터를 만드는 것이라고 말했습니다. 미래의 슈퍼컴퓨터는 컴퓨팅 속도의 정점일 뿐만 아니라 고효율, 소형, 안정성, 에너지 절약 측면에서 다른 IT 제품의 모델이 될 것으로 보인다.

미래 컴퓨터 산업을 지배할 네트워크 효과

미래를 내다보면 컴퓨터 산업은 무어의 법칙 지배에서 네트워크 효과 지배로 바뀔 것입니다. 이번 회의에서도 많은 전문가들의 연설이 이를 다시 한번 입증했다.

네트워크 효과는 오랫동안 경제학계에서 알려져 왔습니다. 즉, 소비자 수가 증가할수록 재화의 가치가 증가한다는 것입니다. 전화가 대표적이다. 전 세계에 전화 사용자가 수백 명밖에 없다면 전화는 거의 가치가 없습니다. 대중이 전화의 가치를 깨닫고, 전화가 대중화될 수 있는 이유는 전화 이용자가 일정한 임계 질량에 도달했기 때문이다. 사용자가 많을수록 휴대폰의 가치는 더욱 높아집니다.

컴퓨터의 경우 사람들에게는 더 정확한 규칙이 있습니다. 예를 들어, Metkoff의 법칙은 컴퓨터 네트워크의 가치가 사용자 수의 제곱에 비례한다고 명시하고 있으며, Brown의 법칙은 컴퓨터 네트워크의 가치가 네트워크에 있는 커뮤니티 수의 지수에 비례한다고 명시하고 있습니다. 일부 민간인은 그 가치를 생산성으로 언급하는 반면, 일부 군 관계자는 그 가치를 전투 효율성으로 언급합니다.

이 두 가지 법칙에는 세 가지 핵심 사항이 있습니다.

첫째, 네트워크가 대중화되려면 물리적 수준에서 연결되어야 할 뿐만 아니라 다른 사용자에게도 보여야 합니다. 사용자와 연결이 쉽습니다. 단순히 네트워크 케이블로 컴퓨터를 연결하는 것만으로는 충분하지 않으며, 사용자가 고품질 서비스를 즐길 수 있도록 애플리케이션 수준에서 연결해야 합니다.

둘째, 네트워크의 가치는 사용자 수가 증가함에 따라 초선형적으로 증가합니다. 따라서 가장 최적화된 방법은 전 세계 사용자(및 시스템 및 애플리케이션)를 대규모 네트워크로 연결하여 정보 섬을 완전히 제거하는 것입니다. 동시에 모든 사용자를 연결하고 사용자가 선택할 수 있는 이 대규모 네트워크에서 최대한 많은 커뮤니티(및 커뮤니티가 제공하는 고품질 서비스)를 제공합니다.

셋째, 정보의 가치는 즐거움의 정도에 정비례합니다. 네트워크 효과의 근본적인 이유는 정보 공유를 장려한다는 것입니다. 따라서 향후 가치 최적화의 발전 추세는 안전과 적법성의 범위 내에서 정보 공유를 최대한 장려하는 것입니다.

네트워크 효과는 컴퓨터 네트워크의 가치를 최적으로 높이고 컴퓨터를 활성화하기 위해서는 글로벌 컴퓨터 자원을 하나로 연결하고 공유를 극대화하며 사용자에게 사용 편의성을 제공해야 함을 나타냅니다. 발전.폭넓은 인기.

회의에 참석한 학자들은 앞으로 20년 후에도 무어의 법칙은 여전히 ​​컴퓨터 산업의 기본 법칙이 될 것이라고 믿었습니다. 그러나 무어의 법칙은 컴퓨터 산업에서 가장 독특한 법칙이며, 그 결과 중 하나는 대량 상업화와 동질적 경쟁입니다. 모든 혁신팀이 동질적인 경쟁을 타파하고 경쟁력을 향상시키려면 무어의 법칙을 효과적으로 활용하여 네트워크 효과를 극대화할 수 있는 방법에 대해 깊이 고민해야 합니다. 향후 10년 동안 우리는 두 가지 추세를 보게 될 것입니다.

첫째, 네트워크 애플리케이션, 즉 네트워크 서비스가 가장 중요한 컴퓨터 애플리케이션이 될 것입니다. 둘째, 컴퓨터 전자 장치의 다양한 액세스 장치(예: 디지털 카메라)와 센서 장치(예: RFID 장치)는 많은 경우 오프라인으로 작동하여 단독으로 작동하는 것처럼 보이는 컴퓨터 전자 장치가 될 수 있습니다. 무선통신기술의 발달로 향후 20년으로 시간을 연장한다면, 컴퓨터 전자장비의 기본모드(제2의 디지털 물결)는 온라인 모드가 되어 언제든지 정보네트워크라는 가상세계에 접속할 수 있을 것으로 보인다. 어디서나.

둘째, 인터넷 경로가 주류 기술 경로가 될 것입니다. 첨단 기술과 동료 지식을 기반으로 한 개방형 표준이 주요 목표입니다. 사람들은 컴퓨터 네트워크의 혁신과 적용에 더욱 적극적으로 참여하고 있으며, 사람들의 관심이 더 많이 반영됩니다. 대다수의 사용자는 수동적인 사용자이자 소비자일 뿐만 아니라 정보 기술 및 정보 자원의 생산자 및 개발자가 될 것입니다. 정보 기술 제조업체와 운영자가 시장을 독점하고 사람들의 행동을 통제하는 것은 어려울 것입니다. 그리드화 추세와 그에 따른 네트워크 효과, 스몰 월드 현상, 바이럴 마켓 현상 등으로 인해 정보산업의 기술적 문턱이 낮아지고 있습니다. 개인, 봉사단체, 소규모 기업이 만들어내는 첨단 기술은 지금보다 대중화될 가능성이 더 높습니다. 탁월한 리더십을 갖춘 소규모 팀도 업계에 영향을 미칠 수 있습니다.

그리드 컴퓨팅 - 미래 컴퓨팅 시대의 신호

1960년부터 2020년까지 컴퓨터 시스템 전체 구조의 진화를 사용자의 관점에서 살펴보면 다음과 같습니다. 역사적 경험을 요약하면, 이를 삼국의 법칙이라고 부르자: "세상의 대세는 장기적으로 분단되어야 하고, 장기적으로 통합되어야 한다." 분단과 합일의 각 단계는 약 15년 ​​동안 지배할 것이다. . 우리는 세 가지 모드를 거쳤습니다. 초기에는 메인프레임/터미널이 지배적인 모델이었습니다. 주요 장점은 사용 용이성과 관리 용이성이었습니다. 주요 단점은 개방성이 좋지 않고 확장이 어렵고 가격이 높았습니다. 이러한 단점을 극복하기 위해 클라이언트/서버 모델이 등장했습니다. 메인프레임에 집중된 서버 기능은 여러 개의 독립적인 오픈 서버로 분산 분산되어 있으며, 이는 네트워크를 통해 다양한 클라이언트(워크스테이션, PC, 네트워크 단말, NC 등)와 연결됩니다. 서버 집계는 IDC(인터넷 데이터 센터) 및 서버 힙 모드라고도 합니다. 물리적으로 중앙 집중화된 서버 세트를 사용하여 여러 독립 서버의 기능을 동시에 제공하고 가능한 한 많은 기능을 클라이언트에서 중앙 서버로 이동하여 시스템의 관리 효율성을 향상시킵니다.

중국과학원 컴퓨팅기술연구소 부소장인 Xu Zhiwei는 현재 우리가 새로운 '분배' 단계, 즉 서버를 모아 물리적으로 여러 장소에 분산시키는 단계에 진입하고 있다고 믿습니다. , 그러나 여전히 가상 단일 시스템 이미지를 유지합니다. 이는 특수한 "조합"으로도 볼 수 있습니다. 즉, 여러 IDC의 리소스가 가상 그리드 컴퓨터로 상호 연결되고 다양한 클라이언트 장치가 그리드 리소스를 기능적인 방식으로 사용합니다. 네트워크 컴퓨팅 시대에는 고립된 컴퓨터 시스템, 소프트웨어, 애플리케이션이 네트워크로 연결된 제품과 서비스로 대체될 것입니다. 세계는 글로벌 그리드라고도 알려진 개방적이고 통합된 리소스 공유 글로벌 컴퓨터 네트워크로 상호 연결될 것입니다. 이는 컴퓨터의 광범위한 대중화를 위한 불가피한 요구 사항입니다. 미래 정보 산업에 대한 RAND Corporation의 5가지 예측 중 마지막 4가지(광범위한 상호 연결, 퍼베이시브 컴퓨팅, 센서 및 정보 그리드)는 모두 그리드 추세의 측면입니다.

이번 컨퍼런스에 참석한 관련 전문가들은 그리드 트렌드가 컴퓨터의 광범위한 대중화를 이끄는 주요 기술 원동력이 될 것이라고 믿고 있다. 그리드의 특징은 네트워크와 서비스입니다. 점차적으로 네트워크 효과가 본격화되어 컴퓨터의 광범위한 대중화가 촉진될 것입니다. 글로벌 컴퓨터 네트워크는 구조화된 작은 세계로 진화할 것입니다. 자기조직화와 성장을 통해 권력의 법칙을 준수하는 역동적이고 개방적인 인간-기계 사회로 진화한다. 물리적 세계, 디지털 가상공간, 인간사회의 세 세계가 접속장치(인터페이스 장치)와 센서를 통해 연결되어 3차원 세계를 형성하고 디지털 사회를 형성하게 된다.

기업의 경우 그리드 컴퓨팅의 핵심 아이디어는 컴퓨팅을 공공 유틸리티로 수행하는 것입니다.

비즈니스 사용자는 데이터의 위치나 어떤 컴퓨터가 자신의 요청을 처리하는지 걱정할 필요가 없으며 정보나 계산을 요청한 다음 이를 게시할 수 있습니다. 이는 전력회사가 작동하는 방식과 유사합니다. 사용자는 발전기의 위치나 전력망이 어떻게 연결되어 있는지 알지 못합니다. 사용자는 전력을 요청하고 전력을 받기만 하면 됩니다. 그리드 컴퓨팅의 목표는 컴퓨팅을 공공 유틸리티로 만드는 것입니다.

유틸리티 컴퓨팅을 구현하는 방법에는 여러 가지가 있습니다. 가장 일반적인 접근 방식은 단순히 기존 기술에 대한 새로운 라이선스 정책을 제공하는 것입니다. 예를 들어 일부 서버 공급업체에서는 대규모 SMP(대칭적 다중 처리) 서버를 분할한 다음 필요할 때 예비 프로세서 기능을 활성화하는 것을 옹호합니다. 이 모델은 수년 전에 메인프레임에 구현되었습니다.

이러한 대형 SMP 서버는 필요에 따라 컴퓨팅 성능을 제공하여 공용 컴퓨팅을 가능하게 하지만 이러한 시스템의 비용은 낮지 않습니다. 마지막으로, SMP 서버는 여전히 특별하고 값비싼 기술을 사용하여 구축해야 하며 확장성 문제가 있습니다. 실제로 이러한 주문형 컴퓨팅은 높은 비용과 한계를 지닌 메인프레임과 같습니다. 따라서 진정한 기술 혁명을 달성하려면 다른 방법을 찾아야 하며, 이러한 다른 방법 중 하나가 그리드입니다.

기본적으로 그리드 컴퓨팅은 공용 컴퓨팅 요구 사항을 해결하기 위해 설계된 새로운 컴퓨팅 아키텍처입니다. 그리드 컴퓨팅은 수많은 서버와 스토리지를 모든 기업 컴퓨팅 요구 사항을 충족하는 유연한 단일 리소스로 통합합니다. 비즈니스 애플리케이션은 ID 관리, 리소스 프로비저닝 등을 위한 공통 웹 서비스를 통해 그리드 컴퓨팅 인프라에 연결됩니다. 그리드 컴퓨팅 인프라는 지속적으로 리소스 요구 사항을 분석하고 그에 따라 리소스 공급을 조정합니다.

코멘트: 이번 국제컴퓨터혁신컨퍼런스를 통해 기자가 가장 인상 깊게 본 점은 대중화, 디지털화, 광범위한 상호연결이 미래 컴퓨터 발전의 주요 트렌드가 될 것이라는 점이다. 응용 관점에서 볼 때 대중화, 네트워킹, 저렴한 비용은 컴퓨터의 발전을 결정하는 원동력입니다. 미래에는 모든 컴퓨팅 단말기가 특정 데이터 처리 기능을 갖게 될 것이며, 컴퓨터의 발전은 결국 인간의 삶을 완전히 변화시킬 것입니다.