슈퍼컴퓨터를 아무리 확장해도 성능은 20배 이상으로 향상 될 수 없는 물리적 한계

그 어떠한 프로세서를 무한히 확장하여도 암달의 법칙에 따라 그 성능은 제한된다.


어떤 작업의 시간 효율을 개선할 때, 전체 작업시간에 대해 P만큼의 작업시간을 차지하는 작업의 효율을 S만큼 향상시켰다 가정하자. 그렇다면 전체 작업 효율은 다음과 같이 향상된다.
\displaystyle \frac{1}{(1-P)+\frac{P}{S}}(1−P)+SP1

가령, 전체 작업 시간 중에 10%를 차지하는 작업의 속도를 2배 증가시켰다면, 전체 작업 속도는 약 1.05배로 증가한다.
\displaystyle \frac{1}{(1-0.1)+\frac{0.1}{2}} = \frac{1}{0.95} \fallingdotseq 1.05(1−0.1)+20.11=0.951≒1.05

다음과 같은 의미를 지닌다. 첫째로, 전체 작업의 효율을 최대한 증가시키고 싶다면 그 중에 가장 비중이 큰 작업부터 초점을 맞추는 것이 좋다. 둘째로, 일부 작업들이 더 이상 개선의 여지가 없을 경우 전체 작업이 최대 어느정도의 개선 효율을 보일 수 있는지에 대해 예측이 가능하다.[1]

2010년도의 개인 사용자가 가장 쉽게 이 법칙을 느낄 수 있는 것이 바로 SSD. 보조 기억 장치의 처리 시간은 다른 자원에 비해서 자릿수가 다른 수준으로 느리다. 그렇기 때문에 사용자 응답 시간의 대부분을 저장 장치 속도가 결정하는데 이를 HDD에서 SSD로 바꿔주는 것으로 CPU나 메모리 업그레이드와는 차원이 다른 성능 향상을 체감할 수 있다.


병렬 컴퓨팅을 할 경우, 일부 병렬화 가능한 작업들은 사실상 계산에 참여하는 컴퓨터의 개수에 비례해서 속도가 늘어난다. 이러한 경우 암달의 법칙에 의해서 전체 수행시간의 개선 효과는 병렬화가 불가능한 작업들의 비중에 크게 영향을 받게 된다. 즉, 아무리 컴퓨터의 개수가 늘어나더라도 위의 그림에서 보는 것 처럼 속도의 한계는 정해져있다는 것.



슈퍼컴퓨터를 무한히 확장하지 못하는 이유

왜 도시 만한, 왜 국가 만한 초거대 슈퍼 컴퓨터를 만들지 못할까?


그것은 대표적은 암달의 법칙 때문이다.

일정 효율을 초과하면 더 이상 효율이 올라가지 않는 한계 때문에 도시,국가 만한 슈퍼 컴퓨터는 개발될 이유가 없다.



현실적인 슈퍼 컴퓨터 문제


1.자본이 부족하다.

건설비 + 천문학적인 전기비


2.공간이 부족하다.

냉각수를 끌어올 만한 거대한 토지를 찾기 어려움


3. 전력이 부족하다.

하나당 많게는 10kw까지도 쓰는데 그걸 대충 1제곱미터로 잡고 서울만한 면적으로 만든다 치면 6테라와트는 필요함. 그리고 저 전력량은 쿨링은 제외하고 말하는 거임. 원전 1기가 많으면 1기가와트는 생산하니까 서울면전만한 슈퍼컴을 만든다면 원전 6000기는 지어야되고 이건 현재 전 세계 원전 개수보다도 10 배이상 많은 개수


4. 환경이 파괴된다.

그 전력을 소모하면서 나오는 발열은 지구의 기후를 돌이킬 수 없게 바꾸는데 몇 년이면 충분하다. 쿨링에 드는 전력 + 원전 자체에서 나오는 발열 등은 제외한 추산

암호화폐 채굴로 지구온난화가 가속화되고 있다는 말이 괜히 나오는 게 아니다.



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물리적인 슈퍼 컴퓨터 문제


1. 연산 효율이 나오지 않는다

(암달의 법칙 참고)






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현실적인 문제는 미래의 기술로 해결이 가능할지 모르겠지만

물리적인 문제는 병렬 연결 방식 자체를 바꾸지 않는 이상 개선하기 매우 힘들다.




단순하게 생각해서 현실적인 문제는 딱 1가지 차세대 기술로 해결 될 수 있다.


뉴로모픽 반도체 

1. 초저전력

2. 발열이 없다

3. 초고속


뉴로모픽 반도체 하나 만으로도 이미 1,2,3,4 의 문제는 해결되었다.

발열이 없으니 환경에 커다란 영향을 미치지 않을 것이며 , 굳이 냉각수를 끌어올 만한 장소를 찾을 필요도 없다.

그냥 적절한 드넓은 황무지에 건설해도 크게 문제가 되지 않는다.



가장 커다란 문제인 전력 소모 문제




전통적인 컴퓨터는 연산과 단기 기억, 장기 기억을 모두 따로 수행했다. 중앙처리장치(CPU), 주기억장치, 입출력장치 3단계로 구성된 이른바 폰 노이만 방식이다. 직렬로 연결된 구조여서 대량의 정보를 처리하면 속도가 느리고 막대한 전력이 소모된다.

하지만 모든 방향으로 병렬 연결된 인간의 신경망 구조를 활용하면 빠르면서도 전력 소모를 획기적으로 줄일 수 있다. 뉴로모픽칩을 사용하면 에너지 소비가 20와트(W)에 불과하다.


전력 소모를 기적적으로 줄일 수 있다. 뉴로모픽칩을 사용하면 에너지 소비가 20와트(W)에 불과하다.


기적적으로 전력 소모를 감축 시킴으로써 1,3 의 문제를 단번에 해결할 수 있다.



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하지만 가장 큰 문제인 암달의 법칙이라는 병열 컴퓨터의 한계가 있기 때문에 산 넘어 또 산이다.

이것을 획기적으로 개선하려면 범용 양자 컴퓨터 밖에 답이 없다.



하지만 양자컴퓨터는 특붕이들이 알고 있듯이 구현하기가 엄청 힘들고 언제 개발될지 조차도 미지수 이다.

개인적인 생각이지만, 위상부도체 나 신소재 마요라나같은 물질 , 상온상압 초전도체 등이 개발되지 않는 한 힘들지 않을까 싶다.