Obliczenie, które na piechotę cała populacja ludzka musiałaby wykonywać przez 1000 lat, nowoczesnemu superkomputerowi zabiera... sekundę. Komu to potrzebne?
Kolejka jest długa.
Za superkomputer uważa się maszynę dysponującą olbrzymią mocą obliczeniową. Należy jednak dodać, iż jest to moc duża jak na czasy, w których powstała. Obecne komputery stosowane w biurach czy domach wielokrotnie przewyższają możliwości pierwszych superkomputerów. Do porównywania mocy obliczeniowej używa się jednostki zwanej FLOPS (ang. Floating Point Operations Per Second), która określa, ile operacji na liczbach zmiennoprzecinkowych w ciągu sekundy można wykonać.
Największa Galera w Polsce
Najszybciej liczącą maszyną w Polsce będzie komputer o wdzięcznej nazwie Galera, należący do sieci TASK (Trójmiejska Akademicka Sieć Komputerowa), którego instalacja rozpocznie się na początku listopada 2007 r. Składać się będzie z około 1400 procesorów czterordzeniowych, które razem dadzą moc obliczeniową rzędu 50 TeraFLOPS.
— Oznacza to, że nowy komputer będzie potrafił wykonać 50 bilionów działań matematycznych, takich jak dodawanie lub mnożenie liczb zmiennoprzecinkowych, w ciągu sekundy. Wykonanie takiej liczby działań zajęłoby wszystkim ludziom na Ziemi około 1000 lat. Innymi słowy mogłoby grać na nim jednocześnie milion graczy, nie przeszkadzając sobie nawzajem — tłumaczy Mścisław Nakonieczny, dyrektor CI TASK.
Taki gigant zużywa 500 razy więcej energii elektrycznej niż przeciętne gospodarstwo domowe, nie licząc energii zużywanej na chłodzenie oraz wentylację pomieszczenia. Waży około 7 ton, a do jego budowy zużyto ponad 5 km kabli zasilających i sieciowych. Aby komputer nie przegrzał się, jego temperatury strzeże ponad 2000 wentylatorów.
Kierunek rejsu
Galera wykorzystywana będzie w celach badawczych głównie z dziedziny chemii, fizyki i inżynierii. Jednym z projektów jest zbadanie substancji, które mogą zostać wykorzystane w walce z rakiem.
— Projekt ma na celu lepsze zrozumienie powstawania uszkodzeń DNA zawierającego zmodyfikowane nukleotydy (cegiełki, z których zbudowane jest DNA), pod wpływem promieniowania ultrafioletowego i jonizującego. Badania te mogą być podstawą do projektowania nowych terapii antynowotworowych, opartych na znacznie łagodniejszych dawkach promieniowania. Zrozumienie mechanizmu uszkodzeń DNA wymaga badania znacznie większych modeli nukleotydów, niż jest możliwe z użyciem obecnie dostępnego klastra komputerów — tłumaczy Mścisław Nakonieczny.
Ponadto komputer weźmie udział w międzynarodowych projektach badawczych, takich jak FLIERT (komputerowe analizy aerodynamiki samolotów, aby zmniejszać opory powietrza, zwiększać szybkość i zmniejszać ich zapotrzebowanie na paliwo) oraz AITEB-2 (badanie przepływu powietrza w turbinach silników lotniczych, w celu uzyskania większej wydajności i bezpieczniejszych rozwiązań).
Gromowładny
Zeus ze swoimi 388 procesorami to najszybszy klaster komputerów wchodzący w skład Akademickiego Centrum Komputerowego (ACK) Cyfronet AGH, które istnieje od 1973 r. Całość możliwości obliczeniowych centrum to mniej więcej 4,65 TeraFLOPS (niecałe 5 bilionów operacji na sekundę). Zasoby te są udostępniane ośrodkom badawczym w całej Europie.
— W dużym skrócie można sobie wyobrazić, że naukowiec zleca w Krakowie zadanie obliczeniowe do wykonania, a w sposób automatyczny dobierany jest zespół klastrów komputerowych wolnych w danym momencie i zadanie jest wykonywane w Barcelonie, Poznaniu lub w innym ośrodku, wchodzącym w skład struktury. W tym samym czasie w Krakowie mogą być realizowane zadania zlecone w innych częściach Europy — objaśnia Jacek Niwicki, zastępca dyrektora w ACK Cyfronet AGH.
Całkowite zapotrzebowanie na moc elektryczną jest równoważne zapotrzebowaniu kilkutysięcznej miejscowości. Dlatego do utrzymania komputerów niezbędna jest niezależna linia energetyczna, podtrzymywana przez zasilacze awaryjne, a nawet automatycznie włączany generator prądotwórczy. Trzystopniowa ochrona jest niezbędna, gdyż centrum nie może sobie pozwolić na najmniejszy nawet przestój.
— Wyłączenie systemów chłodzących spowoduje w ciągu dosłownie kilku minut wzrost temperatury do ponad 60 stopni, co mogłoby spowodować nieodwracalne zniszczenie sprzętu — tłumaczy Jacek Niwicki.
Centrum oblicza nie tylko typowo fizyczne projekty. Realizuje także m.in. projekt iTVP, czyli udostępnianie przez internet oferty interaktywnej telewizji w skali całego kraju.
Bezpiecznie na moście
Wydajność Gromady — jednego z klastrów Wrocławskiego Centrum Sieciowo-Superkomputerowego (WCSS), może być porównana z wydajnością 6 milionów ludzi, z których każdy musiałby wykonywać 60 tysięcy operacji matematycznych na sekundę. W związku z dużym poborem mocy, wydzielana jest duża ilość energii cieplnej, o której odprowadzanie dba specjalna instalacja klimatyzatorów.
Dzięki dużej wydajności komputer robi symulacje reakcji chemicznych, dzięki czemu wprowadzenie nowego leku nie wymaga wielokrotnego przeprowadzania reakcji chemicznych w laboratorium, czasem w trudnych od uzyskania warunkach.
— Inną, ciekawą grupą użytkowników są naukowcy zajmujący się budownictwem. Dzięki naszym zasobom obliczeniowym są w stanie w krótkim czasie sprawdzić, jakie obciążenie wytrzyma dana konstrukcja. W ten sposób można bezpiecznie przekonać się np. czy pociąg towarowy o danym nacisku, poruszający się z daną prędkością, nie spowoduje zawalenia konstrukcji mostu — mówi Bartłomiej Balcerek z WCSS.
Szybki jak tornado
Ponad 200 projektów obliczeniowych z różnych dziedzin naukowych — od fizyki przez medycynę, a na socjologii kończąc — jest realizowanych przez Interdyscyplinarne Centrum Modelowania Matematycznego i Komputerowego Uniwersytetu Warszawskiego. Jednym ze sztandarowych projektów centrum jest serwis pozwalający na numeryczne prognozowanie pogody, dostępny pod adresem http://weather.icm.edu.pl/.
Aby prowadzić obserwację, archiwizację oraz prognozowanie pogody Instytut Meteorologii i Gospodarki Wodnej (IMGW) potrzebuje dużej mocy obliczeniowej.
— Na komputerze uruchamiane są obliczenia modelu prognostycznego. Wyniki obliczeń są prognozami pogody na 78 oraz 48 godzin. Różnią się one dokładnością przeprowadzonych rachunków, co wynika z podziału badanego obszaru. Model uruchamiany w IMGW obejmuje część środkowej Europy, z Polską włącznie — mówi Jan Orłowski, zastępca dyrektora ds. infrastruktury IMGW.
Komputer pozwala obliczyć prognozę na 78 godzin w ciągu około 50 minut. Dla porównania: zwykły (dość dobry) komputer potrzebowałby dla takiego samego modelu 70 razy więcej czasu, czyli mniej więcej 60 godzin. Zatem praktycznie liczyłby pogodę w czasie rzeczywistym. O ile wcześniej by się nie ugotował.
Wspólnie można więcej
Czasem jednak własna moc obliczeniowa nie wystarcza, wówczas potrzebna jest pomoc z innych ośrodków badawczych.
— Zapewnienie ciągłości obliczeń prognostycznych zostanie zrealizowane przez włączenie naszego komputera do projektu SGIgrid. Projekt jest połączeniem superkomputerów w wirtualną sieć, umożliwiającą migrację zadań oraz zlecanie obliczeń między jednostkami. Projekt SGIgrid połączy superkomputery zlokalizowane w ośrodkach akademicko-naukowych w Krakowie (Cyfronet), Poznaniu (Poznańskie Centrum Superkomputerowo-Sieciowe), Wrocławiu, Gdańsku oraz Warszawie (IMGW). W ramach zadań projektu powstanie wirtualne laboratorium, system równoległej wizualizacji oraz centrum zapasowe dla potrzeb IMGW. l
Nazwa serwera Liczba Moc Właściciel procesorów (TeraFLOPS)
Holk 288 3,2 Centrum Informatyczne TASK
Nova 152 2,9 Wrocławskie Centrum Sieciowo-Superkomputerowe
Zeus 376 2,0 Akademickie Centrum Komputerowe Cyfronet
Sherwood 248 1,4 Poznańskie Centrum Sieciowo-Superkomputerowe
Halo 244 1,2 Interdyscyplinarne Centrum Modelowania Matematycznego i Komputerowego UW
Mars 112 1,1 Akademickie Centrum Komputerowe Cyfronet
ui.polgrid.pl 180 0,8 Interdyscyplinarne Centrum Modelowania Matematycznego i Komputerowego UW
Baribal 128 0,7 Akademickie Centrum Komputerowe Cyfronet
Leo 128 0,7 Wrocławskie Centrum Sieciowo-Superkomputerowe
Galeon 128 0,7 Centrum Informatyczne TASK
Źródło: http://pliszka.net/hpc/