Student World

V aktuálním vydání žebříčku TOP500 nejrychlejších superpočítačů došlo hned k několika změnám na čelních pozicích. Po více než dvou letech ztratil vedoucí příčku japonský Earth Simulator. Překonaly jej jak počítač Columbia, který pro NASA postavila společnost SGI, tak i Blue Gene/L sestavený IBM pro Lawrence Livermore National Laboratories. Právě druhý zmíněný je v současnosti nejrychlejším superpočítačem na světě vůbec.
V několika posledních letech se dění kolem nejrychlejších superpočítačů změnilo v prestižní soutěž mezi Spojenými státy a Japonskem.

Earth Simulator

V červnu 2002 se do čela uznávaného žebříčku TOP500 prosadil japonský superpočítač Earth Simulator, který vybudovala společnost NEC z 640 procesorových uzlů SX-6. Každý z uzlů se skládá z osmi procesorů.
Ve standardním testu Linpack, který je měřítkem výkonnosti superpočítačů, dosáhl Earth Simulator maximálního výkonu 35,61 teraflops (tj. biliónů operací v plovoucí desetinné čárce za sekundu). Pro zbytek světa to byl tak trochu šok, protože předchozí rekordman, počítač ASCI White od IBM, zaznamenal hodnotu téměř pětkrát nižší.
Earth Simulator je umístěn v Marine Science and Technology Center v Kanagawa a slouží k simulaci klimatických změn za použití dat získaných družicemi, které monitorují Zemi z oběžné dráhy. Počítač vytváří jakousi "virtuální" Zemi, na níž rovněž studuje globální efekty přírodních katastrof, jako jsou například zemětřesení. Earth Simulator slouží též k navržení příslušných protiopatření.

Blue Gene/L

Japonský superpočítač se na čelní pozici nacházel déle než dva roky, ale nedávno o svou vedoucí pozici přišel. IBM buduje ve svých laboratořích v Rochesteru nový superpočítač Blue Gene/L pro Ministerstvo energetiky Spojených států. Tento stroj bude sloužit k simulacím v oblasti materiálové fyziky. Do výpočtů bude schopen zahrnout o tři řády větší množství atomů, což simulace přiblíží reálným experimentům. Mezi další témata bude patřit modelování chování stárnoucích nukleárních zbraní či astronomické simulace binárních hvězd.
Ačkoliv Blue Gene/L není ještě zdaleka hotov, na konci září letošního roku byl už schopen v testu Linpack dosáhnout hodnoty 36,01 teraflops. Na čelní pozici se ovšem tento prototyp superpočítače příliš dlouho neohřál. Po pouhém měsíci stávající rekordman o své prvenství přišel.

Columbia v NASA

Letos v říjnu přišlo oznámení kosmické agentury NASA a společnosti SGI o uvedení nového superpočítače pojmenovaném Columbia, který je nainstalovaný v NASA Ames Research Center. Již po propojení 16 z celkového počtu 20 plánovaných 512procesorových uzlů Altix naměřil systému Linpack hodnotu 42,7 teraflops. Celý systém z 10 240 procesorů Intel Itanium 2 později dosáhl maxima 51,87 teraflops.
Ve srovnání s jinými superpočítači byl systém SGI vybudován v rekordním čase – za dobu kratší než 120 dnů. Výpočetní kapacita kosmické agentury se jeho uvedením do provozu zvýšila odhadem asi 10krát. Vědcům umožní tento přístroj přesnější předpovědi směru postupu hurikánů, simulace globální cirkulace v oceánech, velkoškálových struktur ve vesmíru či takových gigantických jevů, jako jsou třeba výbuchy supernov. Superpočítač je pokládán také za důležitou podmínku pro obnovu letu raketoplánů.

NEC vrací úder

Mezitím již stihla společnost NEC, výrobce počítače Earth Simulator, oznámit novou generaci základních stavebních kamenů, ze kterých by mohl v blízké budoucnosti být postaven ještě výkonnější superpočítač.
Každý z nových uzlů SX-8 (cena 11 tisíc dolarů) je schopný provést 128 miliard výpočetních operací za sekundu. Systém poskládaný z 512 těchto jednotek by měl dosáhnout teoretického maximálního výkonu 65 teraflops. Někteří experti v oboru superpočítačů nicméně varují, že očekávaný výkon je pouze teoretickou extrapolací a označení systému za rekordní je zatím poněkud předčasné.
Nový superpočítač bude vycházet ze zkušeností získaných při budování předchozího a využije menší stavební bloky, které jsou zároveň rychlejší a mají menší spotřebu energie. Počítač by měl být postaven pro Britskou meteorologickou službu.

Blue Gene roste

Blue Gene/L od IBM se mezitím dále rozrostl a v sestavě 16 racků obsahujících dohromady 16 000 duálních procesorů PowerPC 440 dosáhl maximálního výkonu 70,7 teraflops. Podle očekávání tak překonal všechny dosavadní přístroje a získal zpět první místo na žebříčků superpočítačů. Stroj byl převezen do Lawrence Livermore National Laboratory. V této instituci se momentálně nachází i pátý počítač z žebříčku Top500 jménem Thunder.
Projekt Blue Gene/L počítá s dalším rozšiřováním, současný stav odpovídá jedné čtvrtině zamýšlené konečné podoby. Teoreticky by tak mohl dosáhnout rychlosti až 360 teraflops, realistické odhady založené na srovnatelné efektivitě se současnou konfigurací hovoří ovšem o maximu kolem 270 teraflops. I toto číslo je samozřejmě obrovské ve srovnání se všemi konkurenčními modely.
Kompletní Blue Gene má přitom zabírat čtrnáctkrát menší plochu než gigantický Earth Simulator. Spotřeba elektrické energie dosáhne hodnoty 1,5 megawattu. I toto číslo je ovšem sedmkrát menší než v případě japonského počítače a rovněž dosahuje jen 3/4 spotřeby Columbie.

Žebříček Top500

Na konferenci Supercomputing 2004 byla v Pittsburghu 8. listopadu oficiálně zveřejněna 24. verze žebříčků TOP500 nejrychlejších superpočítačů na světě. První tři místa v něm zaujímají již zmíněné počítače Blue Gene/L, Columbia a Earth Simulator. Následuje první počítač v Evropě, který rovněž postavili v IBM – MareNostrum ze superpočítačového centra v Barceloně dosáhl 20.53 teraflops. Těsně za ním je Thunder s 19,94 bilióny operací za sekundu.
Žebříček Top500 není žádnou novinkou. Už v roce 1986 začal Hans-Werner Meuer (Universita v Mannheimu) shromažďovat a publikovat statistická data o velkých superpočítačích. Zpočátku byla založena pouze na informacích poskytnutých jednotlivými výrobci. Bylo tedy nutno vyvinout nějaký standardní test, který by reálně měřil schopnosti superpočítačů.
Od června 1993 je každoročně dvakrát zveřejňován žebříček 500 nejrychlejších superpočítačů, který je založen na výsledcích dosažených při standardním testu Linpack. Aktuální podoba žebříčku je společně s řadou dalších informací týkajících se oboru k dispozici na http://www.top500.org. Kromě Hanse Meuera tento žebříček udržují Erich Strohmaier (Lawrence Berkeley National Laboratory), Jack Dongarra (Universita v Tennesee) a Horst D. Simon (Lawrence Berkeley National Laboratory).

Linpack Benchmark

Test Linpack Benchmark, jehož autorem je Jack Dongarra, byl vybrán jako měřítko, protože je hojně používán a poskytuje čísla o výkonnosti téměř všech systémů. Test ve skutečnosti měří rychlost systému při řešení soustavy lineárních rovnic. Je užívána verze, ve které může uživatel optimalizovat software pro nejlepší využití schopností počítače. Výsledkem testu tak není celková výkonnost systému, ale právě jeho schopnost řešit onu soustavu lineárních rovnic. Protože se jedná o poměrně obvyklý výpočetní problém, pohybují se naměřené hodnoty hodně vysoko a dávají dobrou představu o maximálním možném výkonu testovaného počítače.
Architektura jednotlivých počítačů se však liší případ od případu i v závislosti na jejich využití, a proto nemusí výsledky dosažené v testu Linpack zcela odpovídat reálným možnostem testovaného stroje. Jednotlivé procesory či uzly jsou u současných počítačů velmi těsně či méně těsně provázané. Současný test vyhovuje první skupině z nich, mezi než patří například Earth Simulator. Proto tým sestavovatelů žebříčku připravuje pro budoucnosti sadu hned sedmi testů, kdy Linpack bude jen jedním z nich. Nová sada testů tak umožní přesněji zjistit, jak si superpočítače vedou v široké řadě různých aplikací.
V této souvislosti je zajímavým případem projekt SETI@home. Provázanost mezi jeho jednotlivými uzly, ve skutečnosti tvořenými domácími počítači, je minimální. Tento virtuální superpočítač se mezi 500 systémy zařazenými do žebříčku dnes vůbec nevyskytuje.
Jedním z plánovaných nových testů má však tzv. Stream, který měří rychlost při extrémně paralelních výpočtech, kdy dochází jen k velmi malé interakci mezi jednotlivými uzly. A to je právě případ SETI@home. Jack Dongarra předpokládá, že projekt hledání rádiových signálů mimozemské civilizace bude zřejmě v tomto testu dominovat.
Linpack každopádně prozatím zůstává hlavním měřítkem výkonnosti superpočítačů. Ve světě se mezitím budují nové systémy, a tak je jisté, že i každé další vydání žebříčku přinese výraznější změny. Již v příštích měsících by se měly objevit minimálně další dva superpočítače s maximálním výkonem kolem 40 teraflops.

Zajímavosti nového žebříčku Top500

* Počet superpočítačů s výkonem nad 1 teraflops se zvýšil z 242 na 398 a předpokládá se, že v příštím vydání se do první pětistovky dostanou už jenom tyto počítače.
* Poslední záznam v žebříčku je 850 gigaflops – ještě před půl rokem by to přitom stačilo na 310. místo.
* Celkový kumulativní výkon všech strojů v žebříčku poprvé v historii přesáhl 1 petaflops. Nyní činí 1,127 petaflops oproti minulým 813 teraflops.
* TOP100 – nyní je k umístění v první stovce potřeba 2,026 teraflops oproti 1,922 teraflops před šesti měsíci.
* Společnost IBM postavila 43,2 % všech zahrnutých systémů, které disponují 49,3 % celkového výkonu. U Hewlett-Packard jsou tato čísla 34,6 % systémů a 21 % výkonu. Ostatní výrobci mají méně než 7 %.
* 129 superpočítačů je v Evropě, 57 v Asii (z toho 30 v Japonsku a 17 v Číně) a 267 v USA.

Informace na webu

Superpočítačový žebříček TOP500 – http://www.top500.org/
Blue Gene – http://www.research.ibm.com/bluegene/
Columbia – http://www.nas.nasa.gov/About/Projects/Columbia/columbia.html
Earth Simulator – http://www.es.jamstec.go.jp/esc/eng/ES/index.html
MareNostrum – http://www.bsc.org.es/
Thunder – http://www.llnl.gov/linux/thunder/

autor Pavel Koten