Bitva superpočítačů nekončí

Japonsko přišlo o prvenství, do čela žebříčku se dostaly systémy pracující v USA. V aktuálním vydání žebří


Japonsko přišlo o prvenství, do čela žebříčku se dostaly systémy pracující v
USA.
V aktuálním vydání žebříčku Top 500 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 Top 500 prosadil japonský
superpočítač Earth Simulator, který vybudovala společnost NEC ze 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. bilionů 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. Jak jsme již informovali v CW
41/2004, ve chvíli, kdy čtete toto vydání Computerworldu, je stroj zřejmě již
převezen do Lawrence Livermore National Laboratory. V této instituci se
momentálně nachází i pátý počítač z žebříčku Top 500 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 Top 500
Na konferenci Supercomputing 2004 byla v Pittsburghu 8. listopadu oficiálně
zveřejněna 24. verze žebříčků Top 500 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 bilionu operací za sekundu.
Žebříček Top 500 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 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 nemusejí 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.
Top 100 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
TOP500 www.top500.org/
Blue Gene www.research.ibm.com/bluegene/
Columbia www.nas.nasa.gov/About/Projects/Columbia/columbia.html
Earth Simulator www.es.jamstec.go.jp/esc/eng/ES/index.html
MareNostrum www.bsc.org.es/
Thunder www.llnl.gov/linux/thunder/









Komentáře
K tomuto článku není připojena žádná diskuze, nebo byla zakázána.