Finlandiya BT Bilim Merkezi’nin patronu Kimmo Koski, “İlk fark ettiğiniz şey ne kadar sessiz olduğu” diyor. Dr Koski, Finlandiya’nın Kajaani kasabasında Kuzey Kutup Dairesi’nin 250 km güneyinde bulunan, Avrupa’nın en güçlü süper bilgisayarı olan LUMI’yi—Fince “kar” anlamına gelir— tanımlıyor.
Geçen yıl hizmete giren LUMI, iklim modellemeden yeni ilaç aramaya kadar her şey için kullanılıyor. On binlerce bireysel işlemciye sahiptir ve saniyede 429 katrilyona kadar hesaplama yapma kapasitesine sahiptir. Bu, onu dünyadaki en güçlü üçüncü süper bilgisayar yapıyor. Hidroelektrikle çalışan ve Kajaani’deki evleri ısıtmak için kullanılan atık ısısıyla, negatif karbondioksit emisyonlarıyla bile övünüyor.
LUMI, hem özel süper bilgisayarlarda hem de internetin çoğunu çalıştıran bulut altyapısında yüksek performanslı bilgi işlemin (HPC) geleceğine dair bir fikir sunuyor. Son on yılda, makine öğrenimi, genom dizileme ve borsalar ve nükleer silahlardan hava durumuna kadar her şeyin simülasyonları gibi teknolojiler sayesinde HPC’ye olan talep hızla arttı. Artmaya devam etmesi muhtemeldir, çünkü bu tür uygulamalar, onlara verebildiğiniz kadar bilgi işlem gücünü seve seve tüketecektir. Aynı dönemde, son teknoloji bir yapay zeka modelini eğitmek için gereken bilgi işlem gücü miktarı her beş ayda bir ikiye katlanıyor.
Bütün bunların çevre üzerinde etkileri vardır. HPC ve daha genel olarak bilgi işlem, büyük bir enerji kullanıcısı haline geliyor. Uluslararası Enerji Ajansı, veri merkezlerinin küresel elektrik tüketiminin %1,5 ila %2’sini oluşturduğunu, kabaca tüm İngiliz ekonomisiyle aynı olduğunu hesaplıyor. Bunun 2030 yılına kadar %4’e çıkması bekleniyor. Gözü hükümetin sera gazı emisyonlarını azaltma taahhüdünde olan bilgi işlem endüstrisi, daha azla daha fazlasını yapmanın ve ürünlerinin verimliliğini artırmanın yollarını bulmaya çalışıyor. İş üç düzeyde gerçekleşiyor: bireysel mikroçipler; bu yongalardan üretilen bilgisayarların; ve sırasıyla bilgisayarları barındıran veri merkezleri.
Mikroçiplerin kendisiyle başlayın. Dijital bilgisayarlar son 80 yılda çok daha verimli hale geldi. Modern bir makine, ikinci dünya savaşının ardından tek bir hesaplamanın tüketeceği enerji miktarıyla aynı miktarda enerji için yaklaşık 10 trilyon hesaplama yapabilir. Bu muazzam ilerlemenin çoğu, endüstrinin Moore Yasasına bağlı kalma girişimlerinin bir sonucuydu – bir entegre devreye sıkıştırılabilen bileşenlerin sayısının her birkaç yılda bir ikiye katlandığı gözlemi.
Birkaç on yıl boyunca Moore Yasasının mutlu bir yan etkisi, devre küçülürken aynı zamanda daha tutumlu hale gelmesiydi. Bu etki, o zamanlar IBM’de çalışan ve 1974’te konuyla ilgili bir makale yazan bir bilim adamı olan Robert Dennard’dan sonra Dennard ölçeklendirmesi olarak biliniyor. Ancak 2000’lerin ortalarında, ultra küçük bileşenlerin zorlu fiziği, ilişkinin kırılmaya başladığı anlamına geliyordu. aşağı. Bilgisayarlar, bileşenleri küçüldükçe hala daha verimli hale geliyor, ancak bunu yapma hızları keskin bir şekilde yavaşladı.
Bu, çip üreticilerini daha önce ücretsiz olarak elde ettikleri kazanımların peşinde koşmaya zorladı. LUMI’deki CPU’lar (programları çalıştıran ve makinenin geri kalanını koordine eden genel amaçlı yongalar) Amerikalı bir yonga tasarımcısı olan AMD tarafından yapılmıştır. Süper bilgisayarların yanı sıra, daha büyük rakibi olan Intel’inkilerle birlikte işlemcisi, interneti çalıştıran veri merkezlerinin çoğuna güç sağlıyor. AMD ürün teknolojisi mimarı Samuel Naffziger, 2010 yılında, Dennard ölçeklendirmesinin tarih kitaplarıyla sınırlı kalmasıyla, şirketin enerji verimliliğini iyileştirmeyi “öncelik listemizin en başına koyduğunu” söylüyor.
Bu günlerde çipleri, güç tüketimini düşük tutmaya çalışmak için bir dizi numara kullanıyor. Kendilerine atanan görevlere bağlı olarak devrenin parçalarına gönderilen güç miktarını izleyen ve en aza indiren sensörlerle kaplıdırlar. Diğer iyileştirmeler, boşta kalan devreler gücü boşuna harcadığından, çipin mümkün olduğu kadar büyük bir kısmının herhangi bir anda faydalı işler yapmasını sağlamaya odaklandı. AMD, daha zekice hilelerin ve hatta daha küçük bileşenlerin bir kombinasyonunun, 2020 yılına kıyasla 2025 yılına kadar en güçlü yongalarının verimliliğini 30 kat artırmasına izin vermesini umuyor.
Diğer bir seçenek ise, işi genel amaçlı CPU’lardan daha dar bir matematiksel görevler yelpazesi için tasarlanmış özel çiplere kaydırmak. En iyi bilinenleri “grafik işlem birimleri” veya GPU’lardır. Başlangıçta video oyunları için daha şık grafikler üretmek üzere geliştirilen GPU’lar, daha sonra her biri üzerinde aynı anda çalışılabilen küçük parçalara bölünebilen birçok görevde mükemmel hale geldi. Benzer şekilde özelleşmiş yongalar, daha önce başa çıkması CPU’ya bırakılan ağ oluşturma gibi görevleri giderek daha fazla yerine getiriyor.
Bu tür sistem düzeyinde ayarlamalar, verimliliğin iyileştirilebileceği ikinci ölçektir. Hewlett Packard Enterprise’da yüksek performanslı bilgi işlemden sorumlu olan Justin Hotard, “Binlerce CPU ve GPU ile oynarken, onları nasıl bağladığınız bir süper bilgisayarın enerji verimliliğini artırabilir veya azaltabilir,” diyor. diğer şeylerin yanı sıra, verimli süper bilgisayarlarda.
Her şeyi tam olarak en iyi nasıl bağlayacağımız hala aktif bir araştırma alanıdır. Bilgisayarın başka bir yerindeki başka bir çipe sinyal göndermek çok fazla enerji tüketir. Bu nedenle amaç, bunun ne sıklıkta olduğunu en aza indirmek ve gerçekleştiğinde sinyalin kat etmesi gereken mesafeyi en aza indirmektir. HPE, “yusufçuk topolojisi” olarak bilinen, yonga gruplarının kümeler halinde birbirine bağlandığı ve bu kümelerin sırayla birbirine bağlandığı iki katmanlı bir sistemi tercih eder. Sistem modülerdir, bu da basitçe yeni düğümler ekleyerek ölçeklendirmeyi kolaylaştırır. Valladolid Üniversitesi’nde bilgisayar bilimcisi olan Francisco Andújar ve meslektaşları tarafından Şubat ayında yayınlanan bir makale, çok sayıda matematiksel analizden sonra, yusufçuk kurulumunun verimli süper hesaplama için ideal tasarıma yakın olduğunu gösterdi.
Ve verimliliğin performans pahasına gelmesi gerekmez. Bir web sitesi olan Top500.org, süper bilgisayarların hem hız hem de verimlilik sıralamalarını yayınlıyor. Haziran ayında yayınlanan en yenisi, LUMI’yi dünyadaki en verimli yedinci ve aynı zamanda en hızlı üçüncü makine olarak listeliyor. Tennessee’deki Oak Ridge Ulusal Laboratuvarı’nda kurulu bir bilgisayar olan Frontier, açık ara dünyanın en hızlısı, LUMI’den yaklaşık dört kat daha hızlı. Yine de, verimlilik söz konusu olduğunda, Frontier altıncı sırada yer alıyor.
Kazanımların elde edilebileceği son ölçek, hem süper bilgisayarların hem de internete güç sağlayan daha günlük sunucuların yaşadığı yüksek teknoloji kulübesi olan veri merkezinin ölçeğidir. Bilgisayar çok fazla ısı üretir. Yeni keşfedilen verimliliğe odaklanmaya rağmen, modern bir CPU veya GPU tam devirde 500 watt veya daha fazla ısı üretebilir. Tek bir veri merkezinde on binlerce ile bu, birkaç megavatlık ısının atılması anlamına gelir.
Onları serin tutmak, sırayla enerji gerektirir. Bir veri merkezinin verimliliğinin standart ölçüsü, güç kullanım etkinliğidir (PUE), veri merkezinin genel güç tüketimi ile bunun ne kadarının faydalı işler yapmak için kullanıldığı arasındaki orandır. Bir BT danışmanları firması olan Uptime Institute’a göre, tipik bir veri merkezinin PUE’si 1,58’dir. Bu, elektriğinin yaklaşık üçte ikisinin bilgisayarlarını çalıştırmaya, üçte birinin ise çoğu soğutma sistemleri tarafından tüketilecek olan veri merkezini çalıştırmaya gittiği anlamına gelir.
Fin hattına ulaşmak
Akıllı tasarım bu sayıyı çok daha aşağı çekebilir. Mevcut veri merkezlerinin çoğu hava soğutmasına güveniyor. Sıvı soğutma, ekstra mühendislik çabası pahasına daha iyi ısı transferi sağlar. Hatta birkaç girişim, devre kartlarını tamamen özel olarak tasarlanmış sıvı banyolarına batırmayı teklif ediyor. Kısmen sıvı soğutma kullanımı sayesinde Frontier, 1.03’lük bir PUE değerine sahiptir. LUMI’nin Kuzey Kutup Dairesi yakınına inşa edilmesinin bir nedeni, Kuzey Kutbu’nun altındaki serin havadan yararlanmaktı. Aynı tesiste inşa edilen komşu bir bilgisayar, yalnızca 1,02’lik bir PUE derecesine ulaşmak için bu serbest soğutmayı kullanır. Bu, gelen elektriğin %98’inin yararlı matematiğe dönüştürüldüğü anlamına gelir. Dr Koski, “Bu, mümkün olanın sınırlarına yaklaşıyor” diyor.
En iyi ticari veri merkezleri bile bu tür sayıların altında kalıyor. Örneğin, Google’ın ortalama PUE değeri 1,1’dir. Uptime Institute’un Haziran ayında yayınlanan son rakamları, birkaç yıllık istikrarlı iyileşmenin ardından küresel veri merkezi verimliliğinin 2018’den bu yana durgun olduğunu gösteriyor (grafiğe bakın). Bilgisayar bilimi yerine ekonomi ana nedendir. Bilgi işlem talebi patladığından, firmaların daha eski, daha az verimli altyapıyı daha uzun süre çalışır durumda tutması mantıklıdır.
Şu anda sadece sahip olunması güzel olan şey, yakında yasal bir gereklilik haline gelebilir. Karbon azaltma hedeflerinin farkında olan Amerika, İngiltere ve Avrupa Birliği hükümetleri ve diğerleri, veri merkezlerini daha verimli olmaya zorlayabilecek yeni kurallar üzerinde kafa yoruyor. Yeni bir Alman yasası, 2027’ye kadar minimum PUE’yi 1,5 ve 2030’a kadar 1,3 olarak zorunlu kılacak. Dr Koski, “LUMI’nin yüksek performanslı bilgi işlemin net sıfır karbon emisyonunda çizgiyi nasıl aşabileceğini göstermesini istiyoruz” diyor. Bahşiş isteyenler, Finlandiya’ya bir gezi rezervasyonu yapmaktan daha kötüsünü yapabilirler.
Dünyayı merak mı ediyorsunuz? Zihni genişleten bilim kapsamımızın keyfini çıkarmak için, haftalık abonelere özel haber bültenimiz Simply Science’a kaydolun.
© 2023, Ekonomist Gazetesi Limited. Her hakkı saklıdır. The Economist’ten, lisanslı olarak yayınlandı. Orijinal içerik www.economist.com adresinde bulunabilir.
