Seznamte se: Piz Daint, nejrychlejší superpočítač Evropy

Blíží se nám konec listopadu a to znamená, že je tu opět žebříček těch nejvýkonnějších superpočítačů na světě TOP 500. Vědci z několika univerzit jej sestavují dvakrát ročně vždy v červnu a listopadu už od počátku devadesátých let a prakticky s každým vydáním se na seznamu objevilo něco nového. Poslední roky jsme pak byli svědky tak rychlého vývoje, že i ten sebelepší počítač se na vrcholu neohřál ani těch několik málo měsíců. Tento listopad je to ale jiné, v první desítce se totiž nestalo téměř nic. Na prvních příčkách jsou ty samé stroje jako na počátku léta. Mají stejný výkon, stejný počet jader a stejně ďábelskou spotřebu.

Listopadový TOP 500 v infografice (Zdroj: TOP500.org)

Piz Daint

Jedinou novinkou je tentokrát Piz Daint, který se díky výkonu 6,2 PFLOPS vyšplhal na šestou příčku. 6,2 PFLOPS odpovídá 6,2 biliardám matematických výpočtů s reálnými čísly za jednu sekundu. To je sice úctyhodné číslo, ale v době, kdy nejrychlejší stroj planety – čínský NUDT – spočítá 34 biliard výpočtů za sekundu, poněkud bledne.

Na počítači Piz Daint je nejzajímavější hlavně to, že jej nenajdete ani v Německu, ani ve Francii a dokonce ani ve Velké Británii. Jeho domovem je alpské Švýcarsko, přesněji řečeno padesátitisícové Lugano na břehu stejnojmenného jezera. Právě zde sídlí švýcarské superpočítačové centrum, které se tak nyní oficiálně stává sídlem nejrychlejšího evropského superpočítače a třetím nejrychlejším strojem, který se nenachází na území USA. Tím ale veškerá evropská pýcha končí, mašinu totiž vyrobil, chvíle překvapení, americký Cray.

Říjnová modernizace Piz Daint, která jej vynesla na evropský vrchol:

Piz Daint je zajímavý ještě jednou specialitou. Je relativně zelený. Leckdo nad tímto parametrem možná jen mávne rukou, že o nějakou ekologii zde přeci nejde, nicméně dlouhé roky platilo, že se s rostoucím výkonem superpočítačů přílišně zvyšovala i jejich spotřeba. A k čemu je pak počítač, který toho sice spočítá opravdu velmi mnoho, ale náklady na jeho provoz jsou tak neskutečně vysoké, že na to nikdo nemá peníze.

Piz Daint a jeho 28 skřńí

Zatímco nejvýkonnější superpočítač planety Tianhe 2 potřebuje k plnému výkonu 17,8 MW elektrické energie, což je jen o něco méně než instalovaný výkon na elektrárně vodní nádrže Vranov, Piz Daint si vystačí s téměř osmkrát menším příkonem 2,3 MW. Výpočetní síla švýcarského stroje je ale přitom pouze pětkrát menší. Suma sumárum, jeden jediný watt je podle žebříčku Green 500 zodpovědný za tři miliony výpočtů. To je hodně slušné skóre.

Piz Daint a jeho nitro

Nabízí se samozřejmě otázka, k čemu vlastně Švýcaři potřebují tak rychlý stroj. Na to je relativně jednoduchá odpověď. Současné superpočítače nejsou tak rychlé proto, že by snad nedokázaly spočítat nějakou aktuální úlohu. Staví se natolik výkonné jednoduše proto, poněvadž díky svému paralelnímu návrhu mohou počítat hromadu naprosto nezávislých úloh naráz. Nakonec se tedy podobají internetovým serverům, které v jeden okamžik posílají webové stránky hromadě připojených surfařů.

   
Výpočetní jednotky jsou umístěné do karet, ty jsou poskládané do skříní a vše je navzájem propojené speciální a velmi rychlou sítí

Vědecké superpočítače namísto zasílání stránek počítají hromadu úloh z nejrůznějších laboratoří. Piz Daint tedy bude zpracovávat prakticky vše počínaje klimatickými a meteorologickými modely a konče komerčními výpočty automobilek, vesmírného programu aj. Rozsáhlé akademické počítače se velmi často chovají tržně a svůj výkon prodávají průmyslu. Ostatně podobně bude fungovat i budovaný ostravský superpočítač. Bude sloužit jak akademické sféře, tak soukromému sektoru.

  
O chlazení se stará systém čerpadel a voda z Luganského jezera

Superpočítačový výkon je dnes nepředstavitelně levný

Superpočítače tedy můžeme hodnotit podle jejich výkonu, podle výpočetní energetické efektivity a nakonec pochopitelně i podle ceny. Na anglické Wikipedii najdete pěknou tabulku s hodnotami, kolik v dané době stál výpočetní výkon 1 GFLOPS, tedy výkon jedné miliardy matematických operací za sekundu.

Počítač IBM 1620 z přelomu 50. a 60. let dokázal znásobit dvě čísla za 17,7 ms. Pokud bychom tento výpočet považovali za FLOP, tedy operaci s reálnými čísly, mašina 1620 by jich za jednu sekundu provedla 56, měla by tedy výpočetní výkon 56 FLOPS. Abychom získali 1 GFLOPS, potřebovali bychom 17 milionů podobných firemních mainframů.

Pokud jejich tehdejší cenu upravíme kvůli inflaci na hodnotu dnešního dolaru, museli bychom zdevastovat americký rozpočet, jeden jediný GFLOPS by nás totiž přišel na 8 bilionů dolarů. Jen připomenu, že současné nejrychlejší mašiny počítají v řádu PFLOPS, tedy biliard operací za sekundu. K překonání této mety bychom potřebovali rovnou 17 bilionů podobných velkých počítačů. Pokud byste je poskládali vedle sebe, pokryly by veškerou souš na Zemi a stejně by to nestačilo.

IBM 1620 (Zdroj: IBM.com)

Když se ovšem ve stejné tabulce posunete o pouhé dvě dekády dál do roku 1984, kdy už byly na scéně moderní mikročipy a skutečné superpočítače jako třeba Cray X-MP, k dosažení 1 GFLOPS byste potřebovali „pouze“ 33 milionů dolarů. V roce 1997 to už bylo 42 tisíc dolarů, o tři roky později 1 300 dolarů a letos v listopadu 16 centů. Tedy pokud si postavíte třeba tuto hardwarovou konfiguraci PC s trojicí grafických karet se souhrnným výkonem 6,8 TFLOPS.

V tomto světle stojí za to připomenout ještě ostravský superpočítač. Jeho malá část, kontejnerový počítač Anselm, který byl uveden do provozu letos na jaře, má výkon 66 TFLOPS (specifikace). Jeho sourozenec, pro kterého se momentálně staví teprve budova, by však měl dosáhnout na více než desetinásobek. Teprve za pár let se dozvíme, jestli se přiblíží hranici 1 PFLOPS. V blízkém regionu to bude velmi rychlý stroj, ale v globálním měřítku to bude přeci jen trpaslík.

Všechny fotografie Piz Daint jsem převzal s licencí CC-BY-SA z webu cscs.ch, na kterém najdete rozsáhlou galerii dalších snímků.