Сколько операций в секунду выполняет компьютер: О лживых постах в ВК или сколько операций в секунду выполняет мозг человека / Хабр

О лживых постах в ВК или сколько операций в секунду выполняет мозг человека / Хабр

На написание этой статьи меня побудил пост одного из популярных пабликов ВКонтакте, в котором дословно было следующее: «Человеческий мозг в состоянии выполнять 1016 операций в секунду. Это значит, что его мощность до сих пор выше, чем мощность любого существующего на сегодняшний день компьютера.». Я разобрался кто круче, мозг, или компьютер.

Для начала разберемся, что это за операции в секунду, какова мощность вашего настольного компьютера, и какова мощность самого супермегапапского компа на планете.

Для измерения вычислительной мощности компьютеров используется единица измерения, называемая флопс (flops, flop/s). Флопс показывает, сколько операций с плавающей запятой выполняет компьютер за одну секунду. Кроме того, для измерения вычислительной мощности используется такое понятие, как тактовая частота. Тактовая частота процессора показывает, какое количество основных операций выполняет процессор в секунду, и измеряется в герцах.15 флопс. Можете сами подсчитать, какое получится число и сколько у него нулей. Как сказал один поэт: «Это ж долбануться…»

Теперь о головном мозге. Тут все не так просто, как с компьютерами. На современном этапе развития нейробиологии довольно трудно подсчитать вычислительную мощность мозга, и сравнить его с компьютером. Однако и так понятно, что мы не можем выполнять те же операции, что выполняет наш ноутбук с такой же скоростью и в таких же объемах. Очевидно, что комп мощнее, да? А вот и нет.

Давайте разберемся подробнее, как он работает.

Мозг — это биологическая нейронная сеть. Нейронная сеть состоит из нейронов, (в случае с мозгом — это клетки мозга), каждый из которых связан с другими нейронами. Место связи нейронов называется синапсом. Через синапс от одного нейрона передается химический или электрический импульс другому нейрону. Количество нейронов в головном мозге человека примерно равно 100000000000 (ста миллиардам). Данные в из разных источников немного различаются, но в целом картина схожа.16. Так вот откуда взялось загадочное число 1016. Видимо оно просто трансформировалось в ходе бесконечного перепоста из паблика в паблик. И оказывается, что наш мозг имеет бОльшую вычислительную мощность, чем суперкомпьютер Titan. В конечном итоге автор поста о 1016 операциях в секунду был прав.

Сколько операций в секунду современный компьютер может выводить?

Если уже вы начали говорить о количестве операций в секунду, то могу сказать, что в этом случае мощность компьютеров меряется в flops, т.е в количестве операций с плавающей точкой в секунду (по простому что-то типа обычного десятичного числа, в форме типо 51,1535434 ). Почему именно числа с плавающей точной объяснять не буду, т.к. читать курс компьютерной арифметики нет желания 🙂

Для действительно огромных вычислений уже давно люди создали и до сих пор разрабатывают все более мощные «суперкомпьютеры». Их используют в специфических целях, например для прогноза погоды, моделирования ядерных взрывов, к примеру установив суперкомпьютер в систему водоснабжения, можно сделать так, что он будет проводить мониторинг, анализировать полученные данные и будет выявлять вероятные проблемы еще задолго до их возникновения.15, т.е. 1 750 000 000 000 000 операций с плавающей точкой в 1 секунду).

Только в случае суперкомпьютеров такое измерение производительности не всегда является корректным, т.к. количество операция в секунду зависит от типа задачи выполняемой этим компьютером, возможен такой вариант, что суперкомпьютеру для выполнения задачи нужно часто обращаться к периферийным устройствам(например проводить какой-то мониторинг, как с системой водоснабжения) или считывать, или записывать много информации, тогда у него явно будет производительность, измеряемая в флопсах ниже, т.к. это не основная его цель.

Современный настольный компьютер имеет производительность порядка 0.1 Терафлопс. Но если говорить об обычных, настольных компьютерах, то здесь тоже количество операций в секунду не всегда решающий фактор, т.к. если компьютер предназначен для игр, то ему более важна производительность видеокарты, а не процессора. И опятьже это зависит от задачи, поставленной компьютеру. Серверные компьютерыы будут быстрее в этом плане, т.к. обычно напичканы более дорогими игрушками, да они и созданы для таких вещей. Сегодня при желании можно в компьютер поставить 2 восьмиядерных процессора (core i7).

Как работает процессор?

Инструмент проще, чем машина. Зачастую инструментом работают руками, а машину приводит в действие паровая сила или животное.

Чарльз Бэббидж

Компьютер тоже можно назвать машиной, только вместо паровой силы здесь электричество. Но программирование сделало компьютер таким же простым, как любой инструмент.

Процессор — это сердце/мозг любого компьютера. Его основное назначение — арифметические и логические операции, и прежде чем погрузиться в дебри процессора, нужно разобраться в его основных компонентах и принципах их работы.

Два основных компонента процессора

Устройство управления

Устройство управления (УУ) помогает процессору контролировать и выполнять инструкции. УУ сообщает компонентам, что именно нужно делать. В соответствии с инструкциями он координирует работу с другими частями компьютера, включая второй основной компонент — арифметико-логическое устройство (АЛУ). Все инструкции вначале поступают именно на устройство управления.

Существует два типа реализации УУ:

• УУ на жёсткой логике (англ. hardwired control units). Характер работы определяется внутренним электрическим строением — устройством печатной платы или кристалла. Соответственно, модификация такого УУ без физического вмешательства невозможна.
• УУ с микропрограммным управлением (англ. microprogrammable control units). Может быть запрограммирован для тех или иных целей. Программная часть сохраняется в памяти УУ.

УУ на жёсткой логике быстрее, но УУ с микропрограммным управлением обладает более гибкой функциональностью.

Арифметико-логическое устройство

Это устройство, как ни странно, выполняет все арифметические и логические операции, например сложение, вычитание, логическое ИЛИ и т. п. АЛУ состоит из логических элементов, которые и выполняют эти операции.

Большинство логических элементов имеют два входа и один выход.

Ниже приведена схема полусумматора, у которой два входа и два выхода. A и B здесь являются входами, S — выходом, C — переносом (в старший разряд).

Схема арифметического полусумматора

Хранение информации — регистры и память

Как говорилось ранее, процессор выполняет поступающие на него команды. Команды в большинстве случаев работают с данными, которые могут быть промежуточными, входными или выходными. Все эти данные вместе с инструкциями сохраняются в регистрах и памяти.

Регистры

Регистр — минимальная ячейка памяти данных. Регистры состоят из триггеров (англ. latches/flip-flops). Триггеры, в свою очередь, состоят из логических элементов и могут хранить в себе 1 бит информации.

Прим. перев. Триггеры могут быть синхронные и асинхронные. Асинхронные могут менять своё состояние в любой момент, а синхронные только во время положительного/отрицательного перепада на входе синхронизации.

По функциональному назначению триггеры делятся на несколько групп:

• RS-триггер: сохраняет своё состояние при нулевых уровнях на обоих входах и изменяет его при установке единице на одном из входов (Reset/Set — Сброс/Установка).
• JK-триггер: идентичен RS-триггеру за исключением того, что при подаче единиц сразу на два входа триггер меняет своё состояние на противоположное (счётный режим).
• T-триггер: меняет своё состояние на противоположное при каждом такте на его единственном входе.
• D-триггер: запоминает состояние на входе в момент синхронизации. Асинхронные D-триггеры смысла не имеют.

Для хранения промежуточных данных ОЗУ не подходит, т. к. это замедлит работу процессора. Промежуточные данные отсылаются в регистры по шине. В них могут храниться команды, выходные данные и даже адреса ячеек памяти.

Принцип действия RS-триггера

Память (ОЗУ)

ОЗУ (оперативное запоминающее устройство, англ. RAM) — это большая группа этих самых регистров, соединённых вместе. Память у такого хранилища непостоянная и данные оттуда пропадают при отключении питания. ОЗУ принимает адрес ячейки памяти, в которую нужно поместить данные, сами данные и флаг записи/чтения, который приводит в действие триггеры.

Прим. перев. Оперативная память бывает статической и динамической — SRAM и DRAM соответственно. В статической памяти ячейками являются триггеры, а в динамической — конденсаторы. SRAM быстрее, а DRAM дешевле.

Команды (инструкции)

Команды — это фактические действия, которые компьютер должен выполнять. Они бывают нескольких типов:

• Арифметические: сложение, вычитание, умножение и т. д.
• Логические: И (логическое умножение/конъюнкция), ИЛИ (логическое суммирование/дизъюнкция), отрицание и т. д.
• Информационные: move, input, outptut, load и store.
• Команды перехода: goto, if ... goto, call и return.
• Команда останова: halt.

Прим. перев. На самом деле все арифметические операции в АЛУ могут быть созданы на основе всего двух: сложение и сдвиг. Однако чем больше базовых операций поддерживает АЛУ, тем оно быстрее.

Инструкции предоставляются компьютеру на языке ассемблера или генерируются компилятором высокоуровневых языков.

В процессоре инструкции реализуются на аппаратном уровне. За один такт одноядерный процессор может выполнить одну элементарную (базовую) инструкцию.

Группу инструкций принято называть набором команд (англ. instruction set).

Тактирование процессора

Быстродействие компьютера определяется тактовой частотой его процессора. Тактовая частота — количество тактов (соответственно и исполняемых команд) за секунду.

Частота нынешних процессоров измеряется в ГГц (Гигагерцы). 1 ГГц = 10⁹ Гц — миллиард операций в секунду.

Чтобы уменьшить время выполнения программы, нужно либо оптимизировать (уменьшить) её, либо увеличить тактовую частоту. У части процессоров есть возможность увеличить частоту (разогнать процессор), однако такие действия физически влияют на процессор и нередко вызывают перегрев и выход из строя.

Выполнение инструкций

Инструкции хранятся в ОЗУ в последовательном порядке. Для гипотетического процессора инструкция состоит из кода операции и адреса памяти/регистра. Внутри управляющего устройства есть два регистра инструкций, в которые загружается код команды и адрес текущей исполняемой команды. Ещё в процессоре есть дополнительные регистры, которые хранят в себе последние 4 бита выполненных инструкций.

Ниже рассмотрен пример набора команд, который суммирует два числа:

1. LOAD_A 8. Это команда сохраняет в ОЗУ данные, скажем, <1100 1000>. Первые 4 бита — код операции. Именно он определяет инструкцию. Эти данные помещаются в регистры инструкций УУ. Команда декодируется в инструкцию load_A — поместить данные 1000 (последние 4 бита команды) в регистр A.
2. LOAD_B 2. Ситуация, аналогичная прошлой. Здесь помещается число 2 (0010) в регистр B.
3. ADD B A. Команда суммирует два числа (точнее прибавляет значение регистра B в регистр A). УУ сообщает АЛУ, что нужно выполнить операцию суммирования и поместить результат обратно в регистр A.
4. STORE_A 23. Сохраняем значение регистра A в ячейку памяти с адресом 23.

Вот такие операции нужны, чтобы сложить два числа.

Шина

Все данные между процессором, регистрами, памятью и I/O-устройствами (устройствами ввода-вывода) передаются по шинам. Чтобы загрузить в память только что обработанные данные, процессор помещает адрес в шину адреса и данные в шину данных. Потом нужно дать разрешение на запись на шине управления.

Кэш

У процессора есть механизм сохранения инструкций в кэш. Как мы выяснили ранее, за секунду процессор может выполнить миллиарды инструкций. Поэтому если бы каждая инструкция хранилась в ОЗУ, то её изъятие оттуда занимало бы больше времени, чем её обработка. Поэтому для ускорения работы процессор хранит часть инструкций и данных в кэше.

Если данные в кэше и памяти не совпадают, то они помечаются грязными битами (англ. dirty bit).

Поток инструкций

Современные процессоры могут параллельно обрабатывать несколько команд. Пока одна инструкция находится в стадии декодирования, процессор может успеть получить другую инструкцию.

Однако такое решение подходит только для тех инструкций, которые не зависят друг от друга.

Если процессор многоядерный, это означает, что фактически в нём находятся несколько отдельных процессоров с некоторыми общими ресурсами, например кэшем.

Если хотите узнать о процессорах больше, посмотрите, какие бывают популярные архитектуры: CISC, RISC, MISC и другие и виды.

Перевод статьи «How does a CPU work?»

Суперкомпьютеры: титаны вычислений

Эти сверхмашины могут выполнять сложнейшие задачи и по своим характеристикам превосходят большинство компьютеров, с которыми мы сталкиваемся в обычной жизни. И хотя суперкомпьютеры до сих пор кажутся чем-то далеким, мы все чаще пользуемся результатами их работы: от поиска в интернете и прогнозов погоды до новейших лекарств и самолетов.

В 2019 году холдинг «Росэлектроника» создал новый суперкомпьютер «Фишер» для Российской академии наук. Разработка Ростеха поможет физикам в решении задач молекулярной динамики. Рассказываем о том, что такое супер-ЭВМ и где они применяются. 

Супер-ЭВМ: квадриллион операций в секунду

Точного определения, что такое «суперкомпьютер», не существует. Компьютерная индустрия находится в постоянном развитии, и сегодняшние супермашины завтра уже будут далеко позади. Можно сказать, что суперкомпьютер – это очень мощный компьютер, который способен обрабатывать гигантские объемы данных и производить сложнейшие расчеты. Там, где человеку для вычислений нужны десятки тысяч лет, суперкомпьютер обойдется одной секундой. И если в 1980-х суперкомпьютером в шутку предлагали называть любые ЭВМ, весящие более тонны, то сегодня они чаще всего представляют собой большое количество серверных компьютеров с высокой производительностью, объединенных высокоскоростной сетью.

Современный суперкомпьютер – это огромное устройство, состоящее из модулей памяти, процессоров, плат, объединенных в вычислительные узлы, связанные между собой сетью. Управляющая система распределяет задания, контролирует загрузку и отслеживает выполнение задач. Системы охлаждения и бесперебойного питания обеспечивают беспрерывную работу супер-ЭВМ. Весь комплекс может занимать значительные площади и потреблять огромное количество энергии.

Производительность суперкомпьютеров измеряется во флопсах – количестве операций с плавающей запятой, которые система может выполнять в секунду. Так, например, один из первых суперкомпьютеров, созданный в 1975 году американский Cray-1, мог совершать 133 миллиона операций в секунду, соответственно, его пиковая мощность составляла 133 мегафлопс. А самый мощный на июнь 2019 года суперкомпьютер Summit Ок-Риджской национальной лаборатории обладает вычислительной мощностью 122,3 петафлопс, то есть 122,3 квадриллиона операций в секунду.

Суперкомпьютер «Ломоносов-2». Фото: «Т-Платформы»

Существует международный рейтинг топ-500, который с 1993 года ранжирует самые мощные вычислительные машины мира. Данные рейтинга обновляются два раза в год, в июне и ноябре. В 2019 году в первую десятку входят суперкомпьютеры США, Китая, Швейцарии, Японии и Германии. Единственный отечественный суперкомпьютер в первой сотне рейтинга − «Ломоносов-2» из Научно-исследовательского вычислительного центра МГУ производительностью 2,478 терафлопс, занявший в июне 2019 года 93-е место.

Чтобы определить мощность суперкомпьютера, или, как его еще называют в английском языке, «числодробилки» (number cruncher), используется специальная тестовая программа, которая предлагает машинам решить одну и ту же задачу и подсчитывает, сколько времени ушло на ее выполнение.

 

Что могут «числодробилки»

Первые суперкомпьютеры создавались для военных, которые применяли их в разработках ядерного оружия. В современную цифровую эпоху сложные вычисления требуются во многих областях человеческой деятельности. Суперкомпьютеры незаменимы там, где применяется компьютерное моделирование, где в реальном времени обрабатываются большие объемы данных и где задачи решаются методом простого перебора огромного множества значений. «Числодробилки» работают в статистике, криптографии, биологии, физике, помогают предсказывать погоду и глобальные изменения климата.

С развитием информационных технологий и применением их на практике появились новые направления на стыке информатики и прикладных наук – вычислительная биология, вычислительная химия, вычислительная лингвистика и многие другие. Суперкомпьютеры используются для создания искусственных нейросетей и искусственного интеллекта.

Именно сверхмощным компьютерам мы обязаны появлением точных прогнозов погоды. Суперкомпьютеры совершили революцию в медицине, в частности – в диагностике и лечении рака. С их помощью обрабатываются миллионы диагнозов и историй болезней, выявляются новые закономерности развития заболевания и вырабатываются новые способы лечения. Сверхумные машины применяются для расчета химических соединений, на основе которых изготавливаются новые лекарства. Масштабные расчеты помогают в сферах, связанных с проектированием: строительстве, машиностроении, авиастроении и других.

 

Суперкомпьютер с «бесконечным» масштабированием

В эпоху цифровой экономики и всеобщей цифровизации вычислениям отводится ключевое место. На создание суперкомпьютеров крупнейшие государства выделяют многомиллионные суммы. Эти вложения должны быть постоянными, так как производительность суперкомпьютеров удваивается каждые полтора года. Сегодня Россия находится только в начале построения национальной сети сверхмощных машин.

Структуры Ростеха в числе прочих российских предприятий вносят свой вклад в создание отечественной киберинфраструктуры. В сентябре 2019 года холдинг «Росэлектроника» объявил о запуске суперкомпьютера «Фишер» с пиковой производительностью 13,5 Тфлопс и практически неограниченными возможностями для масштабирования. Машина разработана специалистами холдинга для Объединенного института высоких температур Российской академии наук (ОИВТ РАН). Новый суперкомпьютер поможет ученым-физикам в создании цифровых моделей веществ и прогнозе поведения материалов в экстремальных состояниях.

Суперкомпьютер «Фишер» состоит из 24 вычислительных узлов с 16-ядерными процессорами. Для улучшения терморегуляции вычислительного кластера «Фишера» используется иммерсионная (погружная) система охлаждения. Благодаря ей суперкомпьютер не требует специально оборудованных помещений и может работать при температурах от ‒50 °С до +50 °С. Подобные системы охлаждения применяются сегодня на самых высокопроизводительных машинах мира.

«Фишер» создан на основе коммуникационной сети «Ангара» − первого российского интерконнекта, позволяющего объединять группы машин в мощные вычислительные кластеры. С помощью «Ангары» можно соединять тысячи компьютеров разных производителей и с разной архитектурой центральных процессоров. Коммутаторное исполнение «Фишера» позволяет компоновать компьютеры с большей плотностью и в целом облегчает сборку и использование всей системы за счет уменьшения числа кабелей. Модульный характер системы позволяет масштабировать мощность «Фишера» под любые нужды.

Ученые из ОИВТ РАН уже несколько лет используют суперкомпьютер DESMOS мощностью 52,24 Тфлопс, созданный на базе предыдущего поколения сети «Ангара». Его вычислительные мощности оказались настолько востребованы, что было принято решение о создании «младшего брата» этого суперкомпьютера уже на базе нового поколения коммутационной сети.

С приставкой «супер»: мощные собратья персональных компьютеров — Энергетика и промышленность России — № 05 (337) март 2018 года — WWW.EPRUSSIA.RU

Газета «Энергетика и промышленность России» | № 05 (337) март 2018 года

Однако существуют гораздо более мощные и сложные вычислительные системы, чем доступные для большинства пользователей машины. Этих монстров, способных за секунду производить триллионы операций, называют «суперкомпьютерами».

«Шкафы» с электроникой

Определение понятия «суперкомпьютер» всегда было предметом споров и обсуждений. Суперкомпьютеры намного превосходят большинство привычных образцов компьютерной техники по своим техническим параметрам и скорости вычислений. Но то, что десять лет назад можно было назвать суперкомпьютером, сегодня под это определение уже не подпадает. Производительность первых суперкомпьютеров начала 70‑х годов была сравнима с производительностью современных персональных компьютеров на базе традиционных процессоров Pentium. По сегодняшним меркам ни те ни другие к суперкомпьютерам не относятся.

Суперкомпьютерами принято называть компьютеры с огромной вычислительной мощностью. Они позволяют производить множество сложных расчетов в короткий промежуток времени. Человеку потребовалось бы сто тысяч лет, чтобы с калькулятором выполнить все те операции, которые такие компьютеры могут сделать всего за секунду.

Важно отметить, что суперкомпьютерами называют компьютеры не только с максимальной производительностью, но и с максимальным объемом оперативной и дисковой памяти. При этом их рассматривают в совокупности со специализированным программным обеспечением, с помощью которого этим монстром можно эффективно пользоваться.

Для достижения такой производительности в них работают свыше 50  000 процессоров. Именно это делает суперкомпьютеры такими мощными – их процессоры способны работать вместе и суммировать их возможности.

Как правило, современные суперкомпьютеры представляют собой несколько серверных компьютеров, соединенных друг с другом. В реальности эта система выглядит, как множество стоек («шкафов») с электроникой, которые образуют целые коридоры. Создать подобную вычислительную систему – все равно что построить целый завод со своими системами охлаждения и бесперебойного питания.

У любой мощности есть своя цена – компьютеры нагреваются в процессе работы. Одна из основных проблем разработчиков суперкомпьютеров связана с поиском использования машин без сбоев или ущерба для планеты. Зеленые решения и энергоэффективность давно стали основой каждого подобного проекта.

Триллионы и квадриллионы операций в секунду

Для суперкомпьютеров неприменима мера быстродействия обычных компьютерных систем. Это связано с тем, что задачи, под которые создаются суперкомпьютеры, требуют совершенно иных вычислений. Производительность суперкомпьютеров измеряется в такой единице, как флопс – она показывает, сколько операций с плавающей запятой в секунду выполняет данная система.

Самые первые суперкомпьютеры имели производительность порядка 1000 флопс. В 60‑х годах появились компьютеры с производительностью в миллион флопсов.

Сам термин «суперкомпьютер» вошел в общеупотребительный лексикон только в 70‑е годы благодаря распространению компьютерных систем Сеймура Крэя. Он разрабатывал вычислительные машины для правительственных, промышленных и академических научно-технических проектов США. Суперкомпьютер Cray-1, созданный американским инженером в 1974 году, имел производительность 180 миллионов операций в секунду. В те годы приобрело популярность следующее определение «суперкомпьютера» – «любой компьютер, который создал Сеймур Крэй». При этом сам Крэй никогда не называл свои детища суперкомпьютерами.

На сегодняшний день суперкомпьютеры создаются традиционными игроками компьютерного рынка, такими, как Intel, IBM, NEC, и другими. Но и компания Cray по‑прежнему занимает достойное место в ряду производителей суперкомпьютерной техники.

В середине 90‑х годов вычислительная мощность суперкомпьютеров вычислялась уже триллионами флопс. Следующий рубеж в квадриллион флопс (или один петафлопс) был взят уже в новом столетии.

Сделано в Китае

Суперкомпьютеры тесно связаны с прогрессом науки, промышленными инновациями и экономической конкурентоспособностью. По этой причине государства увеличивают инвестиции в данную сферу.

Китай уже несколько лет продолжает удерживать пальму лидерства в рейтинге самых мощных суперкомпьютеров мира. На долю Китая приходится самое большое количество суперкомпьютеров. Кроме того, самый производительный суперкомпьютер в мире Sunway TaihuLight также полностью китайского производства. Это первая вычислительная система, преодолевшая рубеж производительности в 100 петафлопс. В дополнение к своей высокой скорости он гораздо энергоэффективнее предшественников и потребляет только один ватт электроэнергии для выполнения 6 миллиардов расчетов.

Долгое времени пальму первенства в производстве суперкомпьютеров удерживали США (именно там появились одни из первых суперкомпьютеров), которые сегодня занимают только второе место. Европа в значительной степени отстает в суперкомпьютерной гонке от Китая и США.

Россия на этом фоне выглядит еще более сдержанно. Самый мощный на сегодняшний день отечественный суперкомпьютер «Ломоносов-2» был установлен в МГУ им. М. В. Ломоносова четыре года назад. Его пиковая производительность составляет 6,5 петафлопс. Каждый день на нем выполняется около 700 сложных вычислительных задач в приоритетных направлениях науки и технологии, при этом разработчики отмечают, что он требует энергии как небольшой город.

Предсказывать погоду и имитировать работу сердца

Суперкомпьютеры используются для работы, требующей интенсивных вычислений. Именно в этом их отличие от обычных компьютеров с высокой общей производительностью, но которые решают такие типовые задачи, как обслуживание больших баз данных или одновременная работа со множеством пользователей.

Изначально суперкомпьютеры использовались для оборонных задач – с их помощью производили расчеты по ядерному и термоядерному оружию. Со временем мощнейшие компьютеры стали использоваться в самом широком спектре научных областей – от точнейшей томографии человеческого мозга и предсказания землетрясений до выявления паттернов в музыке и языковых конструкциях. Фактически у них нет спецификации: использовать их можно в любой сфере, где требуются скорость, точность и единовременная обработка огромного количества данных.

Основное применение вычислительных систем – это моделирование физических явлений и процессов. Сейчас суперкомпьютеры позволяют выявлять движение воздушных масс в атмосфере и океанических течений, определять состояние крупных водоемов, предсказывать климатические изменения, реконструировать вулканические извержения и даже имитировать работу сердца.

Используют суперкомпьютеры и в метео­рологии – с их помощью становится возможным прогнозировать погоду, учитывая большое количество различных данных, которые ранее невозможно было обработать одновременно и при этом в короткий срок. Например, новые суперкомпьютеры могут с высокой точностью предсказать, будет ли в определенный момент туман в аэропорту. Кроме того, суперкомпьютер позволяет с высокой точностью прогнозировать потенциальные наводнения, цунами, землетрясения и другие природные явления. Для расчета стихийных бедствий нужно не только обработать гигантский объем данных, но и сделать это достаточно быстро, что под силу лишь суперкомпьютерам.

Сегодня без суперкомпьютеров не обойтись и в сейсморазведке полезных ископаемых. Сравнивая расчетные данные, они определяют геометрию нефтяных или газовых залежей. Для нефтегазовой промышленности это очень важно: таким образом происходит разведка месторождений, оценка объемов газа и нефти, а также уровня трудности их добычи.

В сфере здравоохранения с помощью суперкомпьютеров удается разрабатывать новые эффективные методы лечения и находить причины многих заболеваний. Они позволяют создавать трехмерные модели различных систем организма человека, практически не отличающиеся по показателям от живого организма. Анализируя огромный массив данных, компьютеры изучают человечество, его заболевания, различные тенденции в изменении тех или иных показателей.

Работать как человеческий мозг

Со временем вчерашние суперкомпьютеры становятся сегодняшними просто компьютерами. За последние несколько лет технологии шагнули вперед, и гаджеты, помещающиеся в кармане, можно сравнивать с компьютерами, которые когда‑то не поместились бы в квартире. Сегодня топовая техника начала 90‑х по производительности эквивалентна последним моделям iPhone. Скоро мы достигнем следующего рубежа: ученые уже работают над созданием экзафлопсных суперкомпьютеров с производительностью более тысячи петафлопс, или миллиард миллиардов операций в секунду!

Суперкомпьютеры становятся все быстрее, и ученые надеются, что в перспективе удастся добиться цифрового отображения работы человеческого мозга. Правда, судя по всему, это задача не ближайшего будущего: исследователи провели эксперимент и загрузили в суперкомпьютер самую подробную модель участка головного мозга, которая охватывает всего один его процент, и промоделировали на компьютере всего одну секунду работы человеческого органа. На все расчеты суперкомпьютеру потребовалось сорок минут машинного времени. Таким образом, сегодняшние суперкомпьютеры пока далеки от работы на скоростях, сравнимых с мозгом человека.

Тем не менее предполагается, что полная имитация мозга станет возможной к 2030 году, когда появятся зеттафлопсовые компьютеры, способные производить секстиллион (1021) операций в секунду. По мнению специалистов, точные модели человеческого мозга существенно облегчат диагностику, лечение и понимание человеческих мыслей и эмоций и даже, возможно, помогут нам решить вопрос о смысле жизни.

Процессор Intel® Core™ i5-9400F (9 МБ кэш-памяти, до 4,10 ГГц) Спецификации продукции

Дата выпуска

Дата выпуска продукта.

Литография

Литография указывает на полупроводниковую технологию, используемую для производства интегрированных наборов микросхем и отчет показывается в нанометре (нм), что указывает на размер функций, встроенных в полупроводник.

Условия использования

Условия использования представляют собой условия окружающей среды и эксплуатации, вытекающие из контекста использования системы.
Информацию об условиях использования конкретного SKU см. в отчете PRQ.
Информацию о текущих условиях использования см. в разделе Intel UC (сайт CNDA)*.

Количество ядер

Количество ядер — это термин аппаратного обеспечения, описывающий число независимых центральных модулей обработки в одном вычислительном компоненте (кристалл).

Количество потоков

Поток или поток выполнения — это термин программного обеспечения, обозначающий базовую упорядоченную последовательность инструкций, которые могут быть переданы или обработаны одним ядром ЦП.

Базовая тактовая частота процессора

Базовая частота процессора — это скорость открытия/закрытия транзисторов процессора. Базовая частота процессора является рабочей точкой, где задается расчетная мощность (TDP). Частота измеряется в гигагерцах (ГГц) или миллиардах вычислительных циклов в секунду.

Максимальная тактовая частота с технологией Turbo Boost

Максимальная тактовая частота в режиме Turbo — это максимальная тактовая частота одноядерного процессора, которую можно достичь с помощью поддерживаемых им технологий Intel® Turbo Boost и Intel® Thermal Velocity Boost. Частота измеряется в гигагерцах (ГГц) или миллиардах вычислительных циклов в секунду.

Кэш-память

Кэш-память процессора — это область быстродействующей памяти, расположенная в процессоре. Интеллектуальная кэш-память Intel® Smart Cache указывает на архитектуру, которая позволяет всем ядрам совместно динамически использовать доступ к кэшу последнего уровня.

Частота системной шины

Шина — это подсистема, передающая данные между компонентами компьютера или между компьютерами. В качестве примера можно назвать системную шину (FSB), по которой происходит обмен данными между процессором и блоком контроллеров памяти; интерфейс DMI, который представляет собой соединение «точка-точка» между встроенным контроллером памяти Intel и блоком контроллеров ввода/вывода Intel на системной плате; и интерфейс Quick Path Interconnect (QPI), соединяющий процессор и интегрированный контроллер памяти.

Частота с технологией Intel® Turbo Boost 2.0

^‡

Тактовая частота с технологией Intel® Turbo Boost 2.0 — это максимальная тактовая частота одного ядра процессора, которую можно достичь с помощью технологии Intel® Turbo Boost. Частота обычно измеряется в гигагерцах (ГГц) или миллиардах вычислительных циклов в секунду.

Расчетная мощность

Расчетная тепловая мощность (TDP) указывает на среднее значение производительности в ваттах, когда мощность процессора рассеивается (при работе с базовой частотой, когда все ядра задействованы) в условиях сложной нагрузки, определенной Intel. Ознакомьтесь с требованиями к системам терморегуляции, представленными в техническом описании.

Доступные варианты для встраиваемых систем

Доступные варианты для встраиваемых систем указывают на продукты, обеспечивающие продленную возможность приобретения для интеллектуальных систем и встроенных решений. Спецификация продукции и условия использования представлены в отчете Production Release Qualification (PRQ). Обратитесь к представителю Intel для получения подробной информации.

Поиск продукции с Доступные варианты для встраиваемых систем

Макс. объем памяти (зависит от типа памяти)

Макс. объем памяти означает максимальный объем памяти, поддерживаемый процессором.

Типы памяти

Процессоры Intel® поддерживают четыре разных типа памяти: одноканальная, двухканальная, трехканальная и Flex.

Макс. число каналов памяти

От количества каналов памяти зависит пропускная способность приложений.

Макс. пропускная способность памяти

Макс. пропускная способность памяти означает максимальную скорость, с которой данные могут быть считаны из памяти или сохранены в памяти процессором (в ГБ/с).

Поддержка памяти ECC

^‡

Поддержка памяти ECC указывает на поддержку процессором памяти с кодом коррекции ошибок. Память ECC представляет собой такой типа памяти, который поддерживает выявление и исправление распространенных типов внутренних повреждений памяти. Обратите внимание, что поддержка памяти ECC требует поддержки и процессора, и набора микросхем.

Поиск продукции с Поддержка памяти ECC ^‡

Редакция PCI Express

Редакция PCI Express — это версия, поддерживаемая процессором. PCIe (Peripheral Component Interconnect Express) представляет собой стандарт высокоскоростной последовательной шины расширения для компьютеров для подключения к нему аппаратных устройств. Различные версии PCI Express поддерживают различные скорости передачи данных.

Конфигурации PCI Express

^‡

Конфигурации PCI Express (PCIe) описывают доступные конфигурации каналов PCIe, которые можно использовать для привязки каналов PCH PCIe к устройствам PCIe.

Макс. кол-во каналов PCI Express

Полоса PCI Express (PCIe) состоит из двух дифференциальных сигнальных пар для получения и передачи данных, а также является базовым элементом шины PCIe. Количество полос PCI Express — это общее число полос, которое поддерживается процессором.

Поддерживаемые разъемы

Разъемом называется компонент, которые обеспечивает механические и электрические соединения между процессором и материнской платой.

Спецификации системы охлаждения

Рекомендуемая спецификация системы охлаждения Intel для надлежащей работы процессора.

T

_JUNCTION

Температура на фактическом пятне контакта — это максимальная температура, допустимая на кристалле процессора.

Поддержка памяти Intel® Optane™

^‡

Память Intel® Optane™ представляет собой новый революционный класс энергонезависимой памяти, работающей между системной памятью и устройствами хранения данных для повышения системной производительности и оперативности. В сочетании с драйвером технологии хранения Intel® Rapid она эффективно управляет несколькими уровнями систем хранения данных, предоставляя один виртуальный диск для нужд ОС, обеспечивая тем самым хранение наиболее часто используемой информации на самом быстродействующем уровне хранения данных. Для работы памяти Intel® Optane™ необходимы специальная аппаратная и программная конфигурации. Чтобы узнать о требованиях к конфигурации, посетите сайт https://www.intel.com/content/www/ru/ru/architecture-and-technology/optane-memory.html.

Технология Intel® Turbo Boost

^‡

Технология Intel® Turbo Boost динамически увеличивает частоту процессора до необходимого уровня, используя разницу между номинальным и максимальным значениями параметров температуры и энергопотребления, что позволяет увеличить эффективность энергопотребления или при необходимости «разогнать» процессор.

Технология Intel® Hyper-Threading

^‡

Intel® Hyper-Threading Technology (Intel® HT Technology) обеспечивает два потока обработки для каждого физического ядра. Многопоточные приложения могут выполнять больше задач параллельно, что значительно ускоряет выполнение работы.

Поиск продукции с Технология Intel® Hyper-Threading ^‡

Технология виртуализации Intel® (VT-x)

^‡

Технология Intel® Virtualization для направленного ввода/вывода (VT-x) позволяет одной аппаратной платформе функционировать в качестве нескольких «виртуальных» платформ. Технология улучшает возможности управления, снижая время простоев и поддерживая продуктивность работы за счет выделения отдельных разделов для вычислительных операций.

Поиск продукции с Технология виртуализации Intel® (VT-x) ^‡

Технология виртуализации Intel® для направленного ввода/вывода (VT-d)

^‡

Технология Intel® Virtualization Technology для направленного ввода/вывода дополняет поддержку виртуализации в процессорах на базе архитектуры IA-32 (VT-x) и в процессорах Itanium® (VT-i) функциями виртуализации устройств ввода/вывода. Технология Intel® Virtualization для направленного ввода/вывода помогает пользователям увеличить безопасность и надежность систем, а также повысить производительность устройств ввода/вывода в виртуальных средах.

Поиск продукции с Технология виртуализации Intel® для направленного ввода/вывода (VT-d) ^‡

Intel® VT-x с таблицами Extended Page Tables (EPT)

^‡

Intel® VT-x с технологией Extended Page Tables, известной также как технология Second Level Address Translation (SLAT), обеспечивает ускорение работы виртуализованных приложений с интенсивным использованием памяти. Технология Extended Page Tables на платформах с поддержкой технологии виртуализации Intel® сокращает непроизводительные затраты памяти и энергопотребления и увеличивает время автономной работы благодаря аппаратной оптимизации управления таблицей переадресации страниц.

Intel® TSX-NI

Intel® Transactional Synchronization Extensions New Instructions (Intel® TSX-NI) представляют собой набор команд, ориентированных на масштабирование производительности в многопоточных средах. Эта технология помогает более эффективно осуществлять параллельные операции с помощью улучшенного контроля блокировки ПО.

Архитектура Intel® 64

^‡

Архитектура Intel® 64 в сочетании с соответствующим программным обеспечением поддерживает работу 64-разрядных приложений на серверах, рабочих станциях, настольных ПК и ноутбуках.¹ Архитектура Intel® 64 обеспечивает повышение производительности, за счет чего вычислительные системы могут использовать более 4 ГБ виртуальной и физической памяти.

Поиск продукции с Архитектура Intel® 64 ^‡

Набор команд

Набор команд содержит базовые команды и инструкции, которые микропроцессор понимает и может выполнять. Показанное значение указывает, с каким набором команд Intel совместим данный процессор.

Расширения набора команд

Расширения набора команд — это дополнительные инструкции, с помощью которых можно повысить производительность при выполнении операций с несколькими объектами данных. К ним относятся SSE (Поддержка расширений SIMD) и AVX (Векторные расширения).

Состояния простоя

Режим состояния простоя (или C-состояния) используется для энергосбережения, когда процессор бездействует. C0 означает рабочее состояние, то есть ЦПУ в данный момент выполняет полезную работу. C1 — это первое состояние бездействия, С2 — второе состояние бездействия и т.д. Чем выше численный показатель С-состояния, тем больше действий по энергосбережению выполняет программа.

Enhanced Intel SpeedStep® Technology (Усовершенствованная технология Intel SpeedStep®)

Усовершенствованная технология Intel SpeedStep® позволяет обеспечить высокую производительность, а также соответствие требованиям мобильных систем к энергосбережению. Стандартная технология Intel SpeedStep® позволяет переключать уровень напряжения и частоты в зависимости от нагрузки на процессор. Усовершенствованная технология Intel SpeedStep® построена на той же архитектуре и использует такие стратегии разработки, как разделение изменений напряжения и частоты, а также распределение и восстановление тактового сигнала.

Технологии термоконтроля

Технологии термоконтроля защищают корпус процессора и систему от сбоя в результате перегрева с помощью нескольких функций управления температурным режимом. Внутрикристаллический цифровой термодатчик температуры (Digital Thermal Sensor — DTS) определяет температуру ядра, а функции управления температурным режимом при необходимости снижают энергопотребление корпусом процессора, тем самым уменьшая температуру, для обеспечения работы в пределах нормальных эксплуатационных характеристик.

Технология защиты конфиденциальности Intel®

^‡

Технология защиты конфиденциальности Intel® — встроенная технология безопасности, основанная на использовании токенов. Эта технология предоставляет простые и надежные средства контроля доступа к коммерческим и бизнес-данным в режиме онлайн, обеспечивая защиту от угроз безопасности и мошенничества. Технология защиты конфиденциальности Intel® использует аппаратные механизмы аутентификации ПК на веб-сайтах, в банковских системах и сетевых службах, подтверждая уникальность данного ПК, защищает от несанкционированного доступа и предотвращает атаки с использованием вредоносного ПО. Технология защиты конфиденциальности Intel® может использоваться в качестве ключевого компонента решений двухфакторной аутентификации, предназначенных для защиты информации на веб-сайтах и контроля доступа в бизнес-приложения.

Программа Intel® Stable Image Platform (Intel® SIPP)

Программа Intel® SIPP (Intel® Stable Image Platform Program) подразумевает нулевые изменения основных компонентов платформ и драйверов в течение не менее чем 15 месяцев или до следующего выпуска поколения, что упрощает эффективное управление конечными вычислительными системами ИТ-персоналом.
Подробнее о программе Intel® SIPP

Новые команды Intel® AES

Команды Intel® AES-NI (Intel® AES New Instructions) представляют собой набор команд, позволяющий быстро и безопасно обеспечить шифрование и расшифровку данных. Команды AES-NI могут применяться для решения широкого спектра криптографических задач, например, в приложениях, обеспечивающих групповое шифрование, расшифровку, аутентификацию, генерацию случайных чисел и аутентифицированное шифрование.

Поиск продукции с Новые команды Intel® AES

Secure Key

Технология Intel® Secure Key представляет собой генератор случайных чисел, создающий уникальные комбинации для усиления алгоритмов шифрования.

Intel® Software Guard Extensions (Intel® SGX)

Расширения Intel® SGX (Intel® Software Guard Extensions) открывают возможности создания доверенной и усиленной аппаратной защиты при выполнении приложениями важных процедур и обработки данных. ПО Intel® SGX дает разработчикам возможность распределения кода программ и данных по защищенным центральным процессором доверенным средам выполнения, TEE (Trusted Execution Environment).

Команды Intel® Memory Protection Extensions (Intel® MPX)

Расширения Intel® MPX (Intel® Memory Protection Extensions) представляют собой набор аппаратных функций, которые могут использоваться программным обеспечением в сочетании с изменениями компилятора для проверки безопасности создаваемых ссылок памяти во время компиляции вследствие возможного переполнения или недогрузки используемого буфера.

Технология Intel® Trusted Execution

^‡

Технология Intel® Trusted Execution расширяет возможности безопасного исполнения команд посредством аппаратного расширения возможностей процессоров и наборов микросхем Intel®. Эта технология обеспечивает для платформ цифрового офиса такие функции защиты, как измеряемый запуск приложений и защищенное выполнение команд. Это достигается за счет создания среды, где приложения выполняются изолированно от других приложений системы.

Поиск продукции с Технология Intel® Trusted Execution ^‡

Функция Бит отмены выполнения

^‡

Бит отмены выполнения — это аппаратная функция безопасности, которая позволяет уменьшить уязвимость к вирусам и вредоносному коду, а также предотвратить выполнение вредоносного ПО и его распространение на сервере или в сети.

Intel® Boot Guard

Технология Intel® Device Protection с функциями Boot Guard используется для защиты систем от вирусов и вредоносных программ перед загрузкой операционных систем.

Нейропроцессоры

«Цель проекта, в работе над которым приняли участие множество исследовательских центров и ведущих университетов по всему миру, вполне отражена в его названии. SyNAPSE — это Systems of Neuromorphic Adaptive Plastic Scalable Electronics, нейроморфные адаптивные масштабируемые электронные системы, — объясняет «Популярной механике» Билл Риск, один из руководителей группы разработчиков подразделения IBM Research в Алмадене. — Если говорить более простыми словами, то это создание компьютера, основанного на совершенно новой архитектуре, позаимствованной у человеческого мозга. Ведь это удивительно эффективное устройство. Мозг способен одновременно получать большое количество сигналов — от зрительной системы, слуха, осязания, обоняния — и обрабатывать их. Причем зачастую очень неординарными способами. Вот, например, вы смотрите на изображение розы, но при этом вспоминаете ее запах и ощущение колючек на стебле, хотя ни от обоняния, ни от осязания сигналов в этот момент не поступает: в мозгу нет строгого разделения на поступающие данные, память, инструкции по обработке и команды; все это кодируется с помощью одних и тех же принципов — конфигурации нейронов и синапсов (структуры связей) и передачи нервных импульсов».

Кирпичики мозга

В мозгу мыши насчитывается 16 млн нейронов, образующих разветвленную сеть с помощью 128 млрд синапсов. Это не так уж и много: человеческий мозг образован сетью из 220 трлн синапсов, объединяющих 22 млрд нейронов. Но, несмотря на серьезное количественное различие на несколько порядков, принципы построения мозга и у человека, и у мыши сходны. На макроскопическом уровне можно выделить отдельные области мозга, отвечающие за выполнение тех или иных специализированных задач: зрительная кора, соматосенсорная, моторные области, ассоциативная кора и другие. При более глубоком рассмотрении оказывается, что мозг состоит из так называемых модулей (колонок кортекса), групп нейронов, которые можно рассматривать в качестве строительных блоков коры.

Скорость ЦП — ЦП и цикл выборки-выполнения — KS3 Computer Science Revision

На скорость компьютера сильно влияет процессор, который он использует. Есть три основных фактора, которые влияют на то, как быстро ЦП может выполнять инструкции:

Тактовая частота

ЦП могут выполнять только одну инструкцию за раз.

Может показаться, что процессоры могут выполнять множество инструкций одновременно, поскольку вы можете одновременно выполнять домашнее задание, читать мгновенные сообщения и слушать музыку.Однако ЦП может выполнять инструкции с такой скоростью, что может казаться, что они выполняются одновременно.

Скорость, с которой ЦП может выполнять инструкции, называется тактовой частотой. Это контролируется часами. С каждым тактом часов ЦП выбирает и выполняет одну инструкцию. Тактовая частота измеряется в циклах в секунду, и один цикл в секунду известен как 1 герц. Это означает, что процессор с тактовой частотой 2 гигагерца (ГГц) может выполнять две тысячи миллионов (или два миллиарда) циклов в секунду.

Чем выше тактовая частота ЦП, тем быстрее он может обрабатывать инструкции.

Ядра

ЦП традиционно состоит из процессора с одним ядром. Большинство современных процессоров имеют два, четыре или даже больше ядер.

ЦП с двумя ядрами, называемый двухъядерным процессором, похож на два процессора в одном. Двухъядерный процессор может извлекать и выполнять две инструкции одновременно, это требует одноядерного процессора для выборки и выполнения только одной инструкции .Четырехъядерный процессор имеет четыре ядра и может выполнять еще больше инструкций за тот же период времени.

Основным недостатком использования четырехъядерных процессоров является то, что они более дороги в разработке и производстве, а также потребляют больше энергии, чем одноядерные или двухъядерные процессоры. Другой недостаток состоит в том, что инструкции должны быть разделены, чтобы решить, какое ядро ​​будет их выполнять, и результаты должны быть снова объединены вместе в конце, что немного замедляет работу процессора.

Кэш

Кэш (произносится как «наличные») — это крошечный блок памяти, встроенный непосредственно в процессор.Наиболее часто используемые инструкции и данные хранятся в кэше, поэтому они всегда под рукой. Чем больше кэш, тем быстрее обычно используемые инструкции и данные могут быть доставлены в процессор и использованы.

Инструкций в секунду | Компьютер Wiki

Производительность компьютера

Производительность компьютера

Что
влияет на производительность компьютеров

В целом производительность
компьютера зависит от того, насколько хорошо он работает вместе в целом.Постоянно
обновление одной части компьютера, оставляя устаревшие детали установленными
не сильно улучшит производительность, если вообще. Ниже мы обсудим некоторые из
наиболее важные части компьютера, касающиеся его скорости и вычислительной мощности.
Описание этих частей ни в коем случае не является полным и служит только для
дать новым пользователям некоторое представление о том, какие компьютерные спецификации
иметь в виду. Также следует отметить, что эта веб-страница была последней
обновлено в январе 2003 г., но те же коэффициенты могут применяться и в 2006 г.Процессор, память и видеокарта являются наиболее важными компонентами при определении производительности внутри компьютера. Любые подробности об аппаратном обеспечении будут
устарели примерно через полгода. Получение понимания того, что каждая спецификация
средства и то, что делает каждая часть, является целью этого раздела.

Процессор
скорость (МГц, L1
Кэш L2, x86 и другие типы микросхем)
Средний настольный ПК
(1.5 — 2,5 ГГц)
Средний ноутбук
или Macintosh (1.0
ГГц)

Тактовая частота, также известная как скорость процессора, часто играет важную роль
в общей производительности компьютера. В редких случаях это правда, но в среднем
пользователь редко использует 100% мощности своего центрального процессора. (ЦПУ).
Такие вещи, как кодирование видео или шифрование файлов, или что-нибудь, что вычисляет
большие, сложные числа требуют большой мощности процессора. Большинство пользователей тратят
большую часть времени они набирают текст, читают электронную почту или просматривают веб-страницы.Во время этого
время, ЦП компьютера, вероятно, колеблется в районе 1-2 процентов от его
общая скорость. Время запуска, вероятно, единственный раз, когда процессор находится в состоянии нагрузки,
и даже в этом случае он часто ограничен из-за скорости жесткого диска.

• мегагерц (МГц) или гигагерц (ГГц
  или 1000 МГц) — это количество раз, когда ЦП может переключаться назад и вперед из
  От 1 до 0. Это движущая сила мощности процессора (все остальные
  при равных условиях). Чипы с более высокой МГц потребляют больше энергии и выделяют больше тепла.
• Кэш-память уровня 1 (L1) и уровня 2 (L2)
  Обычно это оперативная память на чипе, которая работает очень быстро. SRAM отличается от системы
  ОЗУ и используется только на процессорах. Он хранит данные прямо до и после него
  обрабатывается. SRAM чрезвычайно дорога; большинство чипов сегодня имеют только 128
  Килобайт кеш-памяти L1 и 256-512 КБ кеш-памяти L2. (Это то, что делает Pentium
  3 или 4 чипа, отличного от чипа Celeron)
• x86 — тип архитектуры
  все компьютеры под управлением Windows.Все проданные сегодня процессоры для компьютеров под управлением
  ОС Windows (операционная система) 32-битная, то есть они обрабатывают 32-битные
  информации за каждый такт (микросхема 1 ГГц выполняет 1 миллиард тактовых циклов за
  второй). Не все процессоры — x86. Например, компьютеры Apple используют Motorola
  Дизайн микросхемы называется PowerPC, который выпускается как в 64-, так и в 128-битном исполнении. Этот
  это одна из причин, по которой компьютеры Apple могут превосходить по производительности высокопроизводительные ПК, несмотря на их
  более низкие скорости процессора. В настоящее время Intel и AMD разрабатывают 64-битную архитектуру x86.
  чипсы.Недостаток более высокой битовой архитектуры в том, что нужно сделать
  изменения в любом программном обеспечении, с которым может захотеться работать над новым дизайном;
  это одна из причин, по которой программное обеспечение Mac не будет работать без специального программного обеспечения.
  на ПК и наоборот.

Система
Скорость и размер ОЗУ
(МГц и мегабайты)
Средний настольный компьютер — 256 мегабайт
Средний ноутбук — 128 мегабайт

Количество и скорость
RAM на вашем компьютере имеет огромное значение для работы вашего компьютера.Если вы пытаетесь запустить Windows XP с 64 МБ ОЗУ, вероятно, она даже не
работай. Когда компьютер использует всю доступную оперативную память, он должен начать использовать
жесткий диск для кэширования данных, что намного медленнее. Постоянная передача данных
между ОЗУ и виртуальной памятью (памятью жесткого диска) значительно замедляет работу компьютера.
Особенно при попытке загрузить приложения или файлы.
два типа различаются технологией, которую они используют для хранения данных, причем динамическое ОЗУ
более распространенный тип.Динамическую оперативную память необходимо обновлять тысячи раз
в секунду. Статическую оперативную память не нужно обновлять, что делает ее быстрее;
но это также дороже, чем динамическое ОЗУ. Оба типа ОЗУ энергозависимы,
Это означает, что они теряют свое содержимое при отключении питания.
Также может иметь значение скорость вашей оперативной памяти. Нормальная скорость ОЗУ в
большинство компьютеров сегодня — pc100 (100 МГц). Это нормально работает для большинства приложений.
Геймеры или высокопроизводительные машины, вероятно, используют оперативную память DDR (двойная скорость передачи данных).Он новее и дороже, но работает значительно быстрее (266 МГц). Примечание
что все компьютеры не могут использовать DDR RAM. Для получения информации о системной оперативной памяти см .:

www.crucial.com

Диск
скорость и размер (об / мин
и гигабайт)
средний рабочий стол
(40 гигабайт)
средний ноутбук (20 гигабайт)

Самый большой фактор
В производительности вашего компьютера скорость жесткого диска.Как быстро жесткий диск
может найти (среднее время поиска), прочитать, записать и передать данные,
разница в том, как работает ваш компьютер. Большинство жестких дисков сегодня крутятся
при 7200 об / мин, старые модели и ноутбуки по-прежнему вращаются со скоростью 5200 об / мин, что
одна из причин, по которой ноутбуки часто кажутся медлительными по сравнению с настольными компьютерами.
Размер вашего жесткого диска играет очень небольшую роль в производительности
компьютер. Пока у вас достаточно свободного места для виртуальной памяти и
держите диск дефрагментированным, он будет работать нормально нет
независимо от размера.Для получения дополнительной информации о жестких дисках см .:

www.storage.ibm.com/hdd/index.htm

www.seagate.com

Видео
карточка — (бортовая
видеопамять, тип чипа и скорость)
Средний настольный компьютер (32-64 мегабайта карта AGP нижнего уровня)
Средний ноутбук (16 мегабайт на встроенном чипе)

Каждый раз, когда ваш компьютер
помещает изображение на экран, что-то должно его отобразить. Если компьютер делает
это с программным обеспечением, это часто работает медленно и влияет на производительность
остальная часть компьютера.Кроме того, изображение не будет четким или нечетким.
плавно в случае видео. Даже младшая видеокарта существенно упадет.
повысить производительность компьютера, взяв на себя большую задачу по рендерингу
изображения на экране от ЦП до видеокарты. Если вы работаете с
большие файлы изображений, видео или игры, вам понадобится видеокарта более высокого класса.

Видеокарты используют свои
собственная RAM, называемая видео RAM. Чем больше видеопамяти на компьютере, тем больше текстур
и изображения, которые карта может запоминать за раз.Высококачественные видеокарты для настольных ПК
теперь поставляются с до 64 мегабайт видеопамяти, ноутбуки часто имеют только 8 или
16 мегабайт видеопамяти. Подробнее о видеокартах см .:

http://www.nvidia.com

http://www.ati.com

10,000,000,000,000,000 вычислений в секунду | The Japan Times

В сегодняшнем мире, который становится все более цифровым, у всех нас есть одна или две истории, которыми мы можем поделиться о том, как персональные компьютеры нас подвели: например, как они отказались разрешать нам запускать разные программы одновременно или как объем данных был настолько тяжелым, что проклятое устройство навсегда удерживало нас в ожидании, прежде чем провести даже самую тривиальную операцию.

Что ж, в мире есть одна машина — и она находится в Японии — которая абсолютно свободна от подобных проблем, являясь самым быстрым компьютером на Земле и способна выполнять ошеломляющее количество задач гораздо меньше, чем за мгновение ока. глаз.

В июне и ноябре прошлого года компьютер K, совместно разработанный ИТ-гигантом Fujitsu и расположенный в Продвинутом институте вычислительных наук (AICS) RIKEN в Кобе, занял первое место в списке TOP500 самых быстрых компьютеров в мире. .Рейтинг объявляется дважды в год на конференции SC суперкомпьютеров, также известной как Международная конференция по высокопроизводительным вычислениям, сетевым технологиям, хранению данных и анализу.

Компьютер K, который будет доступен для совместного использования исследователям в ноябре, назван в честь японской числовой единицы 925 ( kei ), что означает 10 квадриллионов, или 10 000 триллионов. Достигнув целевых 10 петафлопс — показателя производительности компьютера, равного 10 квадриллионам вычислений — или, если быть точным — операций с плавающей запятой — в секунду, K в ноябре оправдал свое название.

Если бы люди выполняли такое же количество вычислений, какое K делает за секунду, это заняло бы у всего населения мира 7 миллиардов человек, каждый из которых решал бы одну проблему в секунду, — 17 дней подряд.

В последнем ноябрьском рейтинге компьютер K оказался в четыре раза быстрее, чем занявший второе место китайское устройство Tianhe-1A. Разработанный Национальным суперкомпьютерным центром в Тяньцзине, Tianhe-1A достиг 2,566 петафлопс, за ним следует американский суперкомпьютер Jaguar, установленный в Национальной лаборатории Ок-Ридж в Теннесси и управляемый U.S. Министерство энергетики, занявшее 3-е место, отметив 1,759 петафлопс.

Так в чем же секрет такой невероятной скорости?

Во время недавнего визита репортера суперкомпьютер — оборудование которого было завершено, но системное программное обеспечение еще находится в стадии разработки — выглядел как ряды высоких холодильников, аккуратно выстроенных в ряд на огромном складе. Он состоит из 864 холодильников, называемых стеллажами. Каждая стойка — шириной 80 см, глубиной 75 см и высотой 206 см — содержит 24 системные платы, прикрепленные друг к другу и соединенные кабелями.На каждой системной плате установлено по четыре ЦП (центральных процессора), составляющих «мозг» компьютеров. В то время как обычные ПК монтируются только с одним ЦП, в K всего 82944 ЦП, изготовленных на заказ.

Одним из величайших технологических прорывов для K было то, что эти микропроцессоры размером 2,27 см x 2,26 см эффективно работали вместе для достижения максимальной скорости, объяснил Акихико Фуджино, старший менеджер подразделения технических вычислительных решений Fujitsu. С этой целью инженеры придумали «шестимерную» сеть процессоров, которая позволяет быстро обмениваться данными в системе.

Технология, получившая название «тофу», «шестимерное соединение тора» создает ряд каналов, по которым могут перемещаться данные. Это можно легко объяснить, используя аналогию с железнодорожными линиями: например, чтобы добраться от станции JR Синдзюку до станции JR Tokyo, вы можете сесть на кольцевую линию Яманотэ по часовой стрелке или против часовой стрелки, пройдя через множество станций по пути. Но вы можете добраться до пункта назначения намного быстрее, если выберете линию Тюо, которая разрезает петлю пополам и соединяет две станции прямо через петлю.K использует аналогичную концепцию, многомерно соединяя различные элементы компьютерной сети.

Кроме того, для экономии энергии и стабилизации работы машины каждая системная плата имеет протяженный медный водопровод, через который проходит охлаждающая вода для предотвращения перегрева ЦП.

«В процессоре K, который мы разработали сами, удалось найти правильный баланс между скоростью и энергоэффективностью», — сказал Фуджино. «Его потребление электроэнергии составляет около 60 процентов от потребления процессоров Intel (используемых во многих суперкомпьютерах).

Тадаши Ватанабе, руководитель проекта K в AICS, также указал на уникальные архитектурные особенности здания, которые были разработаны для компьютера. Для отвода тепла от плотно установленной системы в компьютерном зале используется воздушное охлаждение, при котором холодный воздух выдувается из-под пола, охлаждает стойки, ударяется о потолок и затем направляется вниз по воздушным каналам на периферии комнаты.

Кроме того, для соединения 864 стоек используются 200 000 кабелей общей протяженностью более 1 000 км, сказал Ватанабе.В целях рационального размещения стоек и кабелей третий этаж здания — пространство размером 50 на 60 метров — свободен от несущих колонн. Это означало, что само здание должно было быть очень прочным. Кроме того, демпферы, размещенные в подвале здания, способны поглощать толчки от землетрясений с интенсивностью 6 баллов (по японской сейсмической шкале от 0 до 7), а на искусственном участке острова Кобе-Порт были приняты меры по предотвращению разжижения. где расположен институт.

Но хватит технических деталей компьютера и сайта: что K сможет предложить, чего не могут другие, когда он будет полностью готов к работе в ноябре?

Инженеры, ученые и правительственные чиновники, которые продвигали K-проект, все говорят, что суперкомпьютеры в масштабе K могут значительно продвинуть моделирование — так называемую «третью науку» после теории и эксперимента.

«Хотя моделирование и вычислительные науки долгое время называли третьей наукой, мы не смогли добиться многого из-за ограниченных возможностей компьютеров», — сказал Кимихико Хирао, директор AICS и сам исследователь в области вычислительной химии. .«Но с K мы можем начать моделировать многие вещи с научной точки зрения — например, детальное моделирование повреждений от землетрясений Тонанкай (тех, которые поражают районы вдоль Тихоокеанского побережья на всем протяжении от Сидзуока до Кочи каждые 100–150 лет). Он позволяет делать реальных прогнозов во многих областях ».

Проект K-computer, который стартовал в 2006 году, является первым проектом, поддерживаемым правительством Японии после проекта Earth Simulator, который занял первое место в списке Top 500 в 2002 году, набрав 35 баллов.86 терафлопс в той же программе тестирования. (1000 терафлопс равняется одному петафлопу.) Но в то время как симулятор Земли, разработанный NEC Corp. и установленный в Йокогамском центре Японского агентства морской науки и технологий, был разработан специально для моделирования моделей изменения климата, K-компьютер универсален — он может удовлетворить любые потребности моделирования. Таким образом, ожидается ускорение НИОКР и разработки широкого спектра продуктов и услуг — от реактивных двигателей до кремниевых полупроводников, новых лекарств и систем предупреждения о цунами.Однако репутация

K как компьютера №1 в мире может быть недолговечной. Гонка за превосходство суперкомпьютеров между США, Японией и, совсем недавно, Китаем, идет интенсивно, и американский компьютер «Секвойя» — машина на 20 петафлопс, разрабатываемая IBM и собирающаяся установить в Ливерморской национальной лаборатории Лоуренса в Калифорнии. — готов обогнать K в конце этого года. Для отраслевых экспертов это не шокирует.

«Это известный факт, что победитель, занявший первое место в списке 500 лучших, обычно в два раза быстрее, чем победитель предыдущего года, и даже в 1000 раз быстрее, чем лучшая машина 10 лет назад», — сказал Наоки Синдзё. еще один представитель Fujitsu, отвечающий за разработку системы в подразделении технических вычислений нового поколения компании.«Поэтому вполне естественно, что кто-то другой займет первое место в следующем году».

Эксперты даже предсказывают появление компьютеров «экстра-масштаба», которые в 1000 раз быстрее, чем компьютеры с производительностью 1 петафлопс, и в 100 раз быстрее, чем компьютеры K, к 2018 году.

Хотя Японии еще предстоит решить, стоит ли и как Эксперты говорят, что самая большая техническая проблема, которая стоит перед любой машиной, превосходящей K, будет заключаться в ее энергопотреблении. Несмотря на то, что K входит в число самых энергоэффективных машин в топ-500, K по-прежнему требуется 17 мегаватт для работы, что означает, что его годовое потребление энергии эквивалентно совокупному показателю 25 000 средних домохозяйств.Воздействие компьютеров на окружающую среду в наши дни подвергается все более пристальному вниманию, о чем свидетельствует недавний спор по оценке одного американского ученого, согласно которому каждые два запроса в Google расходуют достаточно энергии, чтобы вскипятить чайник.

«Самым большим препятствием на пути будущего развития суперкомпьютеров является энергия», — признал Хирао из AICS. «Если мы хотим разработать машину в 100 раз быстрее, чем K, нам все равно придется поддерживать уровень энергопотребления на текущем уровне. Это означает, что новый компьютер должен быть в 100 раз более энергоэффективным.Это определенно будет самой большой проблемой ».

Во времена дезинформации и слишком большого количества информации качественная журналистика как никогда важна.
Подписавшись, вы можете помочь нам понять историю.

ПОДПИШИСЬ СЕЙЧАС

ФОТОГАЛЕРЕЯ (НАЖМИТЕ ДЛЯ УВЕЛИЧЕНИЯ)

Вычислительная мощность

: человеческий мозг против суперкомпьютера

Суперкомпьютер — это компьютер с более высоким уровнем производительности по сравнению с компьютером общего назначения.Производительность суперкомпьютера обычно измеряется в операциях с плавающей запятой в секунду ( FLOPS, ) вместо миллиона инструкций в секунду ( MIPS, ).

С 2017 года существуют суперкомпьютеры, которые могут выполнять почти сто квадриллионов FLOPS. С ноября 2017 года все 500 самых быстрых суперкомпьютеров в мире работают под управлением операционных систем на базе Linux. Дополнительные исследования проводятся в China , United States , European Union , Taiwan и Japan для создания еще более быстрых, мощных и технологичных суперкомпьютеров Superior Exascale .

Суперкомпьютеры играют важную роль в области вычислительной науки и используются для широкого круга вычислительно-ресурсоемких задач в различных областях, включая квантовую механику, прогнозирование погоды, исследования климата, разведку нефти и газа, молекулярное моделирование (вычисление структур и свойства химических соединений, биологических макромолекул, полимеров и кристаллов) и физического моделирования (например, моделирования ранних моментов Вселенной, аэродинамики самолетов и космических кораблей, детонации ядерного оружия и ядерного синтеза).На протяжении всей своей истории они играли важную роль в области криптоанализа.

На момент написания этой статьи самым быстрым суперкомпьютером в мире является Summit или OLCF-4 , разработанный IBM для использования в Oak Ridge National Laboratory , самом быстром суперкомпьютере в мире со скоростью 200 петафлопс.

Каждый из 4 608 узлов (9216 процессоров IBM POWER9 и 27 648 графических процессоров NVIDIA Tesla) имеет более 600 ГБ когерентной памяти (6 × 16 = 96 ГБ HBM2 плюс 2 × 8 × 32 = 512 ГБ DDR4 SDRAM), адресуемой все ЦП и графические процессоры плюс 800 ГБ энергонезависимой ОЗУ, которую можно использовать как буфер пакетной передачи или как расширенную память.Процессоры POWER9 и графические процессоры Volta подключаются с помощью высокоскоростного NVLink NVIDIA.

Это позволяет использовать гетерогенную вычислительную модель. Для обеспечения высокой скорости передачи данных узлы будут подключены в неблокирующей топологии жирного дерева с использованием двухканального межсоединения Mellanox EDR InfiniBand как для хранилища, так и для межпроцессного коммуникационного трафика, обеспечивающего пропускную способность 200 Гбит / с между узлами и ускорение внутрисетевых вычислений для коммуникационных платформ, таких как MPI и SHMEM / PGAS.

Мозг сильно отличается от компьютеров

Наш чудесный мозг действует на порядок выше. Хотя это невозможно точно вычислить, предполагается, что человеческий мозг работает на 1 exaFLOP , что эквивалентно миллиарду миллиардов вычислений в секунду.

Когда мы говорим о компьютерах, мы имеем в виду тщательно спроектированные машины, основанные на логике, воспроизводимости, предсказуемости и математике. Человеческий мозг, с другой стороны, представляет собой запутанный, на первый взгляд случайный беспорядок нейронов, которые ведут себя непредсказуемым образом.

Мозг — это и аппаратное, и программное обеспечение, в то время как компьютерам присуще другое. Одни и те же взаимосвязанные области, связанные миллиардами нейронов и, возможно, триллионами глиальных клеток, могут одновременно воспринимать, интерпретировать, хранить, анализировать и перераспределять. Компьютеры по самому своему определению и фундаментальной конструкции имеют одни части для обработки, а другие — для памяти; мозг не делает этого разделения, что делает его чрезвычайно эффективным.

Те же вычисления и процессы, которые могут потребовать от компьютера нескольких миллионов шагов, могут быть достигнуты с помощью нескольких сотен нейронных передач, требующих гораздо меньше энергии и выполняющихся с гораздо большей эффективностью. Энергии, необходимой для работы вычислений на самом быстром в мире суперкомпьютере, будет достаточно для питания здания; человеческий мозг достигает той же скорости обработки от той же энергии, что требуется для зарядки тусклой лампочки.

Одна из вещей, которая действительно отличает мозг, помимо очевидного преимущества в чистой вычислительной мощности, — это гибкость, которую он демонстрирует.По сути, человеческий мозг может перестраивать себя, что более формально известно как нейропластичность. Нейроны способны отключаться и повторно соединяться с другими и даже изменять свои основные функции, чего не может сделать тщательно сконструированный компьютер.

Примечания и ссылки

1. https://en.wikipedia.org/wiki/Supercomputer
2. https://sciencenode.org/feature/the-5-fastest-supercomputers-in-the-world.php
3. https://kb.iu.edu/d/apeq
4. https: // www.scienceabc.com/humans/the-human-brain-vs-supercomputers-which-one-wins.html
5. http://www.i-sis.org.uk/The_Computer_Aspires_to_the_Human_Brain.php

Intel Chip работает 10 триллионов Расчетов в секунду

Благодаря уникальной конструкции Intel® Stratix® 10 он может выполнять вычисления с невероятной скоростью — часто от 10 до 100 раз быстрее, чем микросхемы в потребительских устройствах. ПЛИС Intel Stratix 10 — последняя версия вышла в феврале — способны выполнять 10 терафлопс, или 10 триллионов операций с плавающей запятой в секунду.Stratix 10 — самый быстрый в мире чип такого типа.

ПЛИС

или программируемые вентильные матрицы — это особый класс компьютерных микросхем, важность которого растет с ростом таких приложений, как распознавание речи, искусственный интеллект, беспроводные сети следующего поколения, продвинутые поисковые системы и высокопроизводительные вычисления.

В отличие от традиционных центральных процессоров (ЦП), которые используются в современных портативных и настольных компьютерах, ПЛИС можно настраивать — или перепрограммировать удаленно и на лету — для выполнения узкоспециализированных вычислительных задач.

Еще: Все образы Intel | Новости группы программируемых решений

»Щелкните, чтобы увидеть полное изображение
Ребекка Невин из Intel, менеджер по связям с общественностью программы Intel FPGA University, владеет программируемой вентильной матрицей Intel Stratix 10. Stratix 10 содержит около 30 миллиардов транзисторов, что более чем в три раза превышает количество транзисторов в микросхемах, на которых работают самые быстрые современные ноутбуки и настольные компьютеры, и может обрабатывать данные, эквивалентные 420 дискам Blu-ray, всего за одну секунду. (Фото: Тим Херман / Intel Corporation)

О Intel

Intel (Nasdaq: INTC) — лидер отрасли, создающий технологии, меняющие мир, которые обеспечивают глобальный прогресс и обогащают жизнь.Вдохновленные законом Мура, мы постоянно работаем над усовершенствованием дизайна и производства полупроводников, чтобы помочь решить самые серьезные проблемы наших клиентов. Встраивая интеллект в облако, сеть, периферию и все виды вычислительных устройств, мы раскрываем потенциал данных для преобразования бизнеса и общества к лучшему. Чтобы узнать больше об инновациях Intel, посетите newsroom.intel.com и intel.com.

© Корпорация Intel. Intel, логотип Intel и другие знаки Intel являются товарными знаками корпорации Intel или ее дочерних компаний.Другие названия и бренды могут быть заявлены как собственность других лиц.

Производительность мозга в TEPS — AI Impacts

Traversed Edges Per Second (TEPS) — это эталон для измерения способности компьютера передавать информацию внутри себя. Принимая во внимание несколько предположений, мы также можем оценить коммуникативную эффективность человеческого мозга с точки зрения TEPS и использовать это для значимого сравнения мозга с компьютерами. По нашим оценкам (с учетом этих предположений) человеческий мозг работает около 0.18 — 6,4 * 10 ¹⁴ ТЭПС. Это на порядок больше, чем у существующих суперкомпьютеров.

При текущих ценах на TEPS, по нашим оценкам, выполнение на уровне мозга стоит около 4700 — 170 000 долларов в час. Наше лучшее предположение состоит в том, что производительность TEPS «человеческого уровня» будет стоить менее 100 долларов в час через семь-четырнадцать лет, хотя это весьма сомнительно.

Мотивация: зачем измерять мозг в TEPS?

Зачем измерять коммуникацию?

Тесты производительности, такие как количество операций с плавающей запятой в секунду (FLOPS) и миллионы инструкций в секунду (MIPS), в основном измеряют, насколько быстро компьютер может выполнять отдельные операции.Однако компьютеру также необходимо перемещать информацию между различными компонентами, выполняющими операции. Эта связь требует времени, места и проводки, и поэтому может существенно повлиять на общую производительность компьютера, особенно в приложениях, интенсивно использующих данные. Следовательно, при сравнении компьютеров полезно иметь метрики производительности, которые подчеркивают коммуникацию, а также метрики, которые делают упор на вычисления. Как мы увидим ниже, сравнивая компьютеры с мозгом, есть и другие причины для интереса к коммуникационным характеристикам.

Связь — вероятное узкое место для мозга

В современных высокопроизводительных вычислениях обмен данными между процессорами и памятью и внутри них часто требует значительных затрат. У нас сложилось впечатление, что во многих приложениях это дороже, чем выполнение отдельных битовых операций, что делает количество операций в секунду менее важным показателем производительности вычислений.

По теоретическим причинам мы должны ожидать, что компьютеры будут становиться все более узкими местами при обмене данными по мере их роста.Если вы увеличиваете масштаб компьютера, ему требуется линейно больше процессоров, но сверхлинейно больше соединений, чтобы эти процессоры могли быстро взаимодействовать друг с другом. Эмпирически вот что происходит: компьютеры, которые побудили к созданию теста TEPS, были большими суперкомпьютерами.

Трудно оценить относительную важность вычислений и коммуникации в мозгу. Но есть некоторые признаки того, что общение также является важной статьей расходов для человеческого мозга.Значительная часть энергии мозга используется для передачи потенциалов действия по аксонам, а не для нетривиальных вычислений. У нас также сложилось впечатление, что части мозга, отвечающие за коммуникацию (например, аксоны), составляют значительную часть массы мозга. То, что на общение тратятся значительные ресурсы, говорит о том, что общение имеет большое значение для мозга. В противном случае ресурсы, вероятно, были бы направлены в другое место в течение нашей эволюционной истории.

Сегодня у нас сложилось впечатление, что сети обычно реализуются на отдельных машинах, поскольку в остальном обмен данными между процессорами обходится очень дорого. Но мощность отдельных процессоров не увеличивается так быстро, как снижаются затраты, и даже сегодня было бы экономично использовать тысячи машин, если бы это могло дать ИИ человеческого уровня. Поэтому кажется вполне вероятным, что коммуникация станет очень большим узким местом по мере дальнейшего расширения нейронных сетей.

В целом, мы подозреваем, что коммуникация является узким местом для мозга по трем причинам: мозг — это большой компьютер, аналогичные вычислительные задачи, как правило, затрудняются таким образом, и мозг использует значительные ресурсы для коммуникации.

Если общение является узким местом для мозга, это говорит о том, что оно также будет узким местом для компьютеров с аналогичной производительностью мозга. Это не означает, что архитектура другого типа может быть узким местом из-за разных факторов.

Экономическая эффективность измерения затрат на связь

Намного легче оценить коммуникацию в мозгу, чем оценить вычисления. Это связано с тем, что потенциалы действия, по-видимому, ответственны за большую часть дистанционной коммуникации, и их информационное содержание относительно легко измерить количественно.Гораздо менее ясно, сколько «операций» выполняется в мозгу, потому что мы не знаем в деталях, как мозг представляет вычисления, которые он выполняет.

Еще одна проблема, из-за которой производительность вычислений относительно сложно оценить, — это возможность использования нестандартного оборудования. Если кто-то хочет выполнить множество аналогичных вычислений, можно разработать собственное оборудование, которое выполняет вычисления намного быстрее, чем обычный компьютер. Это могло произойти с ИИ, слишком поздно сделавшим оценку времени на основе обычных компьютеров.Связь также может быть улучшена с помощью соответствующего оборудования, но мы ожидаем, что прирост производительности будет значительно меньше. Мы не исследовали этот вопрос.

Измерение мозга с точки зрения коммуникации особенно ценно, потому что оно является относительно независимым дополнением к оценкам работы мозга, основанным на вычислениях. Моравек, Курцвейл, Сандберг и Бостром оценили вычислительную производительность мозга и использовали ее для вывода временных рамок ИИ. Мы не знаем оценок общего объема коммуникации в мозгу или стоимости программ с аналогичными требованиями к коммуникации на современных компьютерах.Это важный и дополнительный аспект стоимости вычислительного оборудования «человеческого уровня».

ТЭП

Число пройденных фронтов в секунду (TEPS) — это показатель, который был недавно разработан для измерения затрат на связь, которые не учитывались в высокопроизводительных вычислениях. Тест TEPS измеряет время, необходимое для выполнения поиска в ширину на большом случайном графе, требуя распространения информации по каждому краю графа (либо путем доступа к ячейкам памяти, связанных с разными узлами, либо посредством обмена данными между разными процессорами, связанными с разными узлами) .Более подробно о тесте можно прочитать на сайте Graph 500.

TEPS как эффективный способ сравнения мозга и компьютеров

Основные принципы измерения мозга в TEPS

Хотя мозг не может запустить тест TEPS, мы можем приблизительно оценить коммуникативные способности мозга с точки зрения TEPS. Мозг — это большая сеть нейронов, поэтому мы можем спросить, сколько ребер между нейронами (синапсами) пересекаются (передают сигналы) каждую секунду.Это эквивалентно производительности TEPS на компьютере в том смысле, что мозг отправляет сообщения по ребрам в графе. Однако в других смыслах он отличается. Например, компьютер с определенной производительностью TEPS может представлять множество различных графиков и передавать по ним сигналы, в то время как мы, по крайней мере, не знаем, как так гибко использовать мозг. Этот расчет также делает различные предположения, которые будут обсуждаться в ближайшее время.

Одна из важных интерпретаций производительности TEPS мозга, рассчитанная таким образом, — это нижняя граница коммуникативных способностей, необходимых для моделирования мозга на компьютере с уровнем детализации, который включает нейронные связи и возбуждение.Компьютер, выполняющий моделирование, должен будет проходить такое количество ребер в секунду в графе, представляющем сеть нейронов мозга.

Предположения

Наиболее важная связь между нейронами

Мозг можно моделировать на многих уровнях детализации. Например, в головном мозге существует как связь между нейронами, так и связь внутри нейронов. Мы рассматриваем только связь между нейронами. Это означает, что мы можем недооценивать общение, происходящее в мозгу.

У нас сложилось впечатление, что по существу все междугородные коммуникации в мозге происходят между нейронами, и что такие междугородные коммуникации составляют значительную часть коммуникации мозга. Причины, по которым можно ожидать, что общение будет узким местом, — то, что мозг тратит на это много вещества и энергии; что это большие затраты на большие компьютеры; и что алгоритмы, которые кажутся похожими на мозг, имеют тенденцию сильно страдать от затрат на коммуникацию — также предполагает, что только междугородное общение является существенным узким местом.

Перемещение кромки аналогично шипу

Мы предполагаем, что компьютера, пересекающего границу графа (как в тесте TEPS), достаточно для функциональной репликации всплеска нейрона. Это может быть неверно, например, если импульс нейрона отправляет больше информации, чем обход края. Это могло бы произойти, если бы нейрон мог посылать сигнал более ощутимо по-разному. Мы могли бы с пользой уточнить текущую оценку, измерив информацию, содержащуюся в спайках нейронов и пройденных краях.

Распределение пройденных кромок не имеет значения

Распределение ребер, пройденных в головном мозге, по-видимому, сильно отличается от того, которое использовалось в тесте TEPS. Мы игнорируем это, предполагая, что это не имеет большого значения для количества ребер, которые можно пересечь. Это может быть неправдой, если, например, «короткие» связи в мозгу используются чаще. Мы не знаем особых причин для этого, но было бы неплохо проверить это в будущем.

Характеристики графиков аналогичные

Графики различаются по тому, сколько узлов они содержат, сколько соединений существует между узлами и как эти соединения распределяются. Если эти параметры сильно различаются для мозга и компьютеров, протестированных с помощью теста TEPS, нам следует более осторожно интерпретировать производительность TEPS компьютера как эквивалент того, что делает мозг. Например, если мозг состоит из очень большого количества узлов с очень небольшим количеством подключений, и компьютеры могут работать на определенном уровне на гораздо меньших графах с большим количеством подключений, то даже если компьютер может проходить столько же ребер в секунду, он может не иметь возможности выполнять обходы краев, которые делает мозг.

Однако графы с разным количеством узлов более сопоставимы, чем может показаться. Десять связанных узлов с десятью связями каждый можно рассматривать как один узел с примерно девяносто связями. Связи, соединяющие десять узлов, составляют небольшую часть тех, которые действуют как исходящие, поэтому то, действительно ли центральный «узел» представляет собой десять подключенных узлов, не должно иметь большого значения для способности компьютера работать с графом. Наиболее важные параметры — это количество ребер и количество их обходов.

Мы можем сравнить характеристики мозгов и графиков в тесте TEPS. В тесте TEPS используются графики, содержащие до 2 * 10 ¹² узлов, в то время как человеческий мозг имеет около 10 ¹¹ узлов (нейронов). Таким образом, человеческий мозг примерно в двадцать раз меньше (с точки зрения узлов), чем самые большие графы, используемые в тесте TEPS.

Мозг содержит намного больше ссылок, чем графики тестов TEPS. Графики TEPS, по-видимому, имеют среднюю степень 32 (то есть каждый узел имеет в среднем 32 связи), в то время как мозг, по-видимому, имеет среднюю степень около 3600 — 6400.

Распределение связей в мозгу и тест TEPS, вероятно, различаются. Оба являются дистрибутивами небольшого мира, с некоторыми узлами с сильными связями и некоторыми узлами с небольшими связями, однако мы не сравнивали их подробно. Графы TEPS создаются случайным образом, что должно быть особенно трудным случаем для пересечения ребер в них (согласно нашему пониманию). Если в мозгу больше локальных связей, пересечение границ в нем должно быть несколько проще.

Мы ожидаем, что распределение подключений будет иметь небольшое значение.В общем, время, необходимое для поиска в ширину, линейно зависит от количества ребер и не зависит от степени. Тест TEPS — это, по сути, поиск в ширину, поэтому мы должны ожидать, что он в основном имеет такой характер. Однако на физическом компьютере степень, вероятно, имеет некоторое значение. Мы ожидаем, что на практике стоимость масштабируется с помощью ребер * log (ребер), потому что сложность обхода каждого ребра должна масштабироваться с log (ребрами), поскольку ребра становятся более сложными для определения. Граф с большим количеством локальных соединений и меньшим количеством соединений на большие расстояния очень похож на меньший граф, так что это тоже не должно сильно менять сложность.14

То есть мозг работает на уровне 18-640 триллионов TEPS.

Обратите внимание, что средняя частота возбуждения нейронов не обязательно равна средней частоте возбуждения в синапсах, даже несмотря на то, что каждый импульс включает как нейрон, так и синапсы. У нейронов много синапсов, поэтому, если нейроны, которые срабатывают быстрее, имеют больше или меньше синапсов, чем более медленные нейроны, средние показатели будут расходиться. Здесь мы предполагаем, что средние ставки аналогичны. Это можно исследовать дополнительно.13 трлн TEPS (23 триллиона TEPS), что, согласно приведенным выше цифрам, находится в пределах правдоподобного диапазона мозга (в самом нижнем конце диапазона).

Последствия

То, что мозг работает со скоростью около 18-640 триллионов TEPS, означает, что если коммуникация на самом деле является серьезным узким местом для мозга, а также для компьютерного оборудования, функционально воспроизводящего мозг, то существующее оборудование, вероятно, уже может работать на уровне мозга или на уровне по крайней мере, одна тридцатая этого уровня.

Стоимость производительности TEPS «человеческого уровня»

Мы также можем рассчитать стоимость машины, эквивалентной мозгу по производительности TEPS, с учетом текущих цен на TEPS:

Цена эквивалента мозга = производительность мозга TEPS * цена TEPS

= TEPS производительность мозга / миллиард * цена GTEPS

= 0.5 / час

= 4700 — 170 000 долларов в час

Для сравнения, суперкомпьютеры, кажется, стоят около 2 000-40 000 долларов в час в час, если мы амортизируем их затраты за три года. Таким образом, нижний предел этого диапазона находится в пределах того, что люди платят за вычислительные приложения (естественно, поскольку мозг кажется таким же мощным, как самые большие суперкомпьютеры, с точки зрения TEPS). Нижний предел диапазона по-прежнему примерно на 1,5 порядка больше, чем то, что люди регулярно платят за труд.Хотя самые высокооплачиваемые генеральные директора зарабатывают не менее 12 тысяч долларов в час.

Срок доставки TEPS «человеческого уровня»

Наше лучшее предположение состоит в том, что TEPS / $ увеличивается примерно в десять раз каждые четыре года. Таким образом, чтобы компьютерное оборудование могло конкурировать на TEPS с человеком, который стоит 100 долларов в час, должно занять от семи до тринадцати лет.