Redakcja: Czym są superkomputery i do czego się je wykorzystuje?

Dr hab. Gabriel Wlazłowski: Superkomputery są w swojej budowie bardzo podobne do naszych komputerów domowych. Główna różnica polega na tym, że posiadają dużo większe rozmiary. Taki typowy komputer, którego używamy w domu ma zazwyczaj wewnątrz kilka procesorów. W superkomputerze znajduje się ich zaś kilka milionów, dzięki czemu daje on nam o wiele większe możliwości.

Te ogromne maszyny wykorzystujemy przede wszystkim do rozwiązywania bardzo złożonych problemów matematycznych. Nauka zapisuje prawa przyrody w postaci równań, które czasami są prostsze, a czasami trudniejsze. Kiedy chcemy z jakiegoś prawa skorzystać, aby przewidzieć jak się zachowa nasz układ fizyczny, jakaś molekuła czy układ planetarny, wtedy musimy takie równania rozwiązać. Jeśli równania są bardzo skomplikowane potrzebujemy do tego celu wyjątkowo silnych superkomputerów. To jest właśnie główne zadanie komputerów naukowych.

Które komputery są obecnie najszybsze na świecie i w Europie?

Największym obecnie superkomputerem na świecie jest Summit, zlokalizowany w USA w Oak Ridge National Laboratory. Wydajność superkomputerów mierzymy poprzez podawanie jak wiele operacji matematycznych mogą one wykonać w ciągu jednej sekundy. Obecnie nasz rekordzista potrafi przeprowadzić aż 200 biliardów takich operacji na sekundę. Największy zlokalizowany system w Europie znajduje się w Szwajcarii w laboratorium Lugano. Nazywa się on Piz Daint i wykonuje około 20 biliardów operacji matematycznych na sekundę, czyli jest około 10x wolniejszy od największego superkomputera na świecie.

Czy takie superkomputery mamy również w Polsce?

W Polsce mamy 4 duże systemy obliczeniowe. Są one około 10-krotnie mniejsze niż ten największy w Europie oraz około 100-krotnie mniejsze niż największy superkomputer światowy. Jeden z nich zlokalizowany jest w Krakowie i nazywa się Prometeusz. Drugi, czyli system Oceanos znajduje się w Interdyscyplinarnym Centrum Modelowania w Warszawie. Trzeci z nich mamy w Poznaniu, a czwarty posiada Politechnika Gdańska.

Generalnie systemy obliczeniowe dzielimy na klasy. Naukowcy otrzymują dostęp do tego rodzaju systemów poprzez aplikacje, po czym jest on udzielany w formie grantów. Komputery klasy pierwszej to takie, gdzie ta rywalizacja odbywa się na poziomie krajowym. My w Polsce rywalizujemy więc o możliwość skorzystania z tych maszyn między sobą. Większe superkomputery, takie jak np. ten szwajcarski, należą już do klasy zerowej i żeby dostać do nich dostęp trzeba już walczyć na poziomie międzynarodowym, czyli rywalizować z naukowcami z wszystkich krajów o możliwość korzystania z takiego zasobu. Obecnie w Europie mamy dziewięć systemów klasy zerowej, a więc dziewięć liczących się w skali światowej dużych systemów obliczeniowych.

Co nas ogranicza przed budową jeszcze szybszych superkomputerów?

Najważniejszy parametr, który definiuje superkomputer to kwestia tego, ile potrafi on wykonać operacji matematycznych na sekundę i jak szybko przelicza jakiś problem. Największą bolączką superkomputerów obecnie jest ogromne zużycie energii. Największy superkomputer zużywa około 10 MW energii, a więc gdybyśmy chcieli zbudować 10-krotnie większy system, to zużycie energii byłoby oczywiście 10-krotnie większe i również jego rozmiar byłby 10-krotnie większy. Obecnie ten komputer zajmuje powierzchnię około dwóch kortów tenisowych, czyli na zlokalizowanie takiego urządzenia potrzebna byłaby bardzo duża powierzchnia. Ogranicza nas więc przede wszystkim duże zużycie energii i wielkość tego urządzenia. Główny trend w branży technologicznej to miniaturyzacja jednostek obliczeniowych. Próbuje się budować coraz mniejsze układy obliczeniowe oraz osiągać coraz większą ich wydajność, uzyskując coraz więcej mocy obliczeniowej z jednego wata energii. To są właśnie kluczowe parametry, które blokują postęp w tej branży.

Jakie inne parametry poza szybkością są ważne dla superkomputerów?

Istnieją obecnie dwie listy wartościujące najlepsze superkomputery. Jedna to „Top 500”, gdzie są one posortowane według swojej szybkości, czyli tego jak szybko komputer rozwiązuje dany problem, co przekłada się również na to, jak duży problem naukowy możemy za jego pomocą rozwiązać. Drugą, alternatywną listą jest „Green 500”, gdzie pojawiają się komputery najbardziej wydajne. Chodzi dokładnie o to, jak mało zużywają one prądu, wykonując znaczną ilość operacji matematycznych.

Tak więc wydajność obliczeniowa i zużycie energii to dwa najważniejsze parametry. Z punktu widzenia użytkownika jest to zaś rozmiar pamięci operacyjnej, czyli jak dużo możemy do takiej pamięci załadować. Mówimy tutaj o pamięciach rzędu kilku petabajtów, a 1 petabajt to 1 milion gigabajtów. Kolejny bardzo ważny parametr to kwestia tego, jak szybko dane przechowywane w pamięci mogą zostać załadowane na jednostkę obliczeniową.

Oglądaj całość