Student World

Pražské regionální výpočetní centrum pro fyziku částic bylo slavnostně otevřeno dne 1. listopadu ve Fyzikálním ústavu Akademie věd ČR v Praze-Ládví.

Úplná verze tohoto článku je součástí Cover story v Computerworldu 40/2004. Toto číslo právě přichází na stánky.

Slavnostní otevření nového superpočítačového centra ve Fyzikálním ústavu Akademie věd ČR. Předsedkyně Akademie věd ČR prof. RNDr. Helena Illnerová, DrSc., a ing. Karel Jungwirth, DrSc., ředitel Fyzikálního ústavu AV ČR.

Serverovna nového superpočítačového centra Fyzikálního ústavu AV ČR v pražském Ládví se nachází v budově, která původně sloužila pro zkapalňování hélia.

Fyzikální ústav Akademie věd ČR se na poli IT může pochlubit nejedním prvenstvím. Podle dostupných informací se právě zde na počátku 90. let objevil první webový server v ČR (respektive v Československu) vůbec. Linky tehdy ještě nebyly příliš spolehlivé, na stroj od HP byl tedy software nainstalován už v CERNu a pak počítač zamířil do Prahy.
Současné susperpočítačové zařízení pro řešení gridových projektů funguje ve Fyzikálním ústavu AV ČR – i přes slavnostní otevření na začátku listopadu – de facto už od léta. Na jeho počátku stál cluster Goliáš (základem jsou dvouprocesorové HP servery s Pentiem III 1,13 GHz), pořízený v roce 2002, na kterém došlo k prvním testům distribuovaných výpočtů. Letos byl rozšířen o další dvouprocesorové HP servery s Xeonem 2,8, respektive 3,06 GHz a Opteronem 1,6 GHz. Výpočetní kapacita je samozřejmě kupována teprve ve chvíli, kdy je skutečně možnost ji využít – mj. i proto, že příslušné systémy mezitím obvykle zlevní.
Na serverech je nyní provozován operační systém Linux ve variantě Red Hat 7.3. Gridový middleware totiž v tuto chvíli vyžaduje starší verzi tohoto OS; výhledově se však plánuje přesunout jednotlivé uzly na novější Linux s jádrem 2.6 – konkrétně půjde (především z licenčních důvodů) o tzv. Scientific Linux, který vychází z verze Enterprise 3 opět od Red Hatu.
Regionální výpočetní centrum pro fyziku částic dnes využívá clusteru s více jak 160 procesory a 40 TB diskové paměti. Nákup nového hardwaru vyšel jen letos na zhruba 6 milionů Kč; největší náklady však nepředstavuje hardware jako takový, ale spíše doprovodné práce a zařízení – úprava nové serverovny, agregáty, klimatizace apod.
Podle informací, které se nám podařilo získat, není jasné, jaký je nejvýkonnější superpočítač v rámci českých vědeckých institucí. Prvenství zřejmě patří clusteru Amálka, který byl letos v dubnu uveden do provozu na Ústavu fyziky atmosféry AV ČR. Systém v superpočítačovém centru Fyzikálního ústavu by byl co do výkonu snad na druhém místě, není to však zdaleka jisté. Údajně však v rámci AV ČR došlo k založení diskusní skupiny určené právě správců těchto systémů, což by mohlo vnést do tohoto problému více světla.
(Cluster Amálka jsme stručně představili zde: http://www.scienceworld.cz/sw.nsf/ID/AC9EA9C307A9F5A3C1256E970049226E?OpenDocument&cast=1)

Historie

Před zavedením gridových řešení byla všechna data uložena centrálně přímo v CERNu a zde se také zpracovávala. Jen některé simulace se prováděly odděleně na jiných výpočetních farmách, mezi kterými se data vesměs převážela na páskách. Přes střediskové počítače IBM a VAX se přešlo na unixové RISCové stroje, dalším krokem byla linuxová PC. Většina specializovaného softwaru byla napsána v jazyku Fortran.
S gridovými systémy se situace podstatně změnila. Zůstala linuxová PC, většina softwaru byla přepsána do C++. Distribuovaný systém jako takový je nyní pro uživatele transparentní – grid sám se stará o to, kde jsou uložena jaká data a kde jsou zrovna volné výpočetní zdroje. Systém také zajišťuje rychlou odezvu pro interaktivní práci nad částí dat a dávkové úlohy pro zpracování velkých souborů. CERN dále zůstává jako úložné centrum pro vlastní hrubá data – ve vlastním gridu budou analyzovány pouze informace o srážkách, při nichž dojde ke vzniku potenciálně "zajímavých" částic.
Úzkým hrdlem současných vědeckých výpočtů už není výpočetní výkon jako takový, ale spíše softwarová stránka věci. Částicoví fyzikové mají v tomto ohledu výhodu – většinu experimentů lze poměrně snadno rozdělit na menší podúlohy a ty pak zpracovat separátně. Gridové řešení bude tedy znamenat především dynamické využívání právě dostupného výkonu a stejně řešené ukládání dat. Zkušenosti získané při provozu gridových systémů by se však časem měly uplatnit i v dalších vědních disciplínách, kde paralelizace může představovat větší problém (např. biologické vědy).

Co se počítá

Pražské regionální centrum pro výzkum částic je samozřejmě propojeno s ostatními institucemi zapojenými do projektu. Toto spojení není realizováno pouze přes stávající "obecnou" akademickou síť Cesnet/Géant, ale přímo vyhrazenými linkami – Prahu spojuje se Ženevou 1Gb/s přímé optické spojení CzechLigth. Do pražského centra už díky tomu posílají své výpočetní požadavky členové řešící projekty Atlas a Alice (skupiny pracující v CERNu na stejnojmenných experimentech; předpokládá se, že jen v rámci projektu Atlas se přitom zpracuje 1 PB naměřených dat ročně).
V této fázi experimentů probíhá především testování stability vlastního softwarového řešení, analýza rozdělování úloh, zkoušky gridového middlewaru a propustnosti sítí, dále také testy připravenosti jednotlivých center a příprava souborů dat pro vlastní analýzu.
Pražské superpočítačové centrum se neomezuje pouze na výzkumy řízené z CERNu; částicoví fyzikové spolupracují také s Fermilabem, což je instituce provozující jiný urychlovač částic nedaleko Chicaga. Pro americké kolegy provádějí ve Fyzikálním ústavu AV ČR některé simulace – namísto přímé finanční úhrady platí svůj příspěvek k účasti v projektu výpočetním výkonem.

Pozvánka

Na závěr ještě jedna informace: všichni mají v sobotu 13. listopadu od 14 h. v rámci dne otevřených dveří možnost navštívit Fyzikální ústav AV ČR (Pod vodárenskou věží 1, Praha 8) a prohlédnout si i nově otevřené superpočítačové centrum na vlastní oči.

Úplná verze tohoto článku je součástí Cover story v Computerworldu 40/2004. Toto číslo právě přichází na stánky.

autor Pavel Houser, Jiří Chudoba