Pět set docela čilých strojů pro náročné

Pokud jste si nedávno pořídili nový počítač s extrémně rychlým procesorem a s velkou pamětí, pak tento článek ra...


Pokud jste si nedávno pořídili nový počítač s extrémně rychlým procesorem a s
velkou pamětí, pak tento článek raději nečtěte. Mohli byste totiž zjistit, že
existují superpočítače, které jsou opravdu mnohem rychlejší. Jsou tak rychlé,
že pouhé porovnávání s obyčejným počítačem by je mohlo hluboce urazit. Řeč
totiž bude o 500 nejrychlejších počítačích světa. Konkrétně o jejich inovovaném
seznamu, který byl uveřejněn 11. listopadu tohoto roku na konferenci
Supercomputer 99.
Tento seznam je již od roku 1993 připravován Jackem Dongarrou, Hansem Meuerem a
Erichem Strohmaierem z univerzit v Tennessee a Mannheimu. Je aktualizován vždy
dvakrát ročně a měly by v něm být uvedeny teoreticky nejrychlejší superpočítače
světa. Již po šesté za sebou je na prvním místě počítač ASCI Red od firmy
Intel, který opět posunul výkonnostní hranici na 2,38 Gflop/s. To ale nebylo
nic překvapujícího, nečekaná byla spíše změna v hlavním startovním poli. Poprvé
v historii firma IBM předstihla firmu SGI v instalovaných systémech v seznamu
Top 500. Oproti minulému měření zvýšila počet instalací, které se mezi prvních
500 dostaly, a to o 36 %, a odsunula tak firmu SGI na druhou pozici (ta
ztratila 27 %).
Měříme superpočítač
Na první pohled se může zdát, že obyčejného uživatele takové počítače vůbec
nemohou zajímat. To může být samozřejmě pravda, dnešní nejvýkonnější počítače
(PC, MacIntosh...) dokáží uspokojit asi většinu našich požadavků. Ale je to
spíše tím, že máme příliš malé nároky. Již od počátku počítačové éry totiž
existují lidé, kterým výkon počítačů asi nebude stačit nikdy. Jejich problémy
totiž vyžadují obrovské množství paměti a astronomický počet aritmetických
operací (většinou s reálnými čísly floating point operation). Právě pro ně
vznikly speciální výkonné počítače známé jako superpočítače. Dnes se na ně
podíváme z trochu jiného úhlu pohledu než obvykle.
Jedná se o trošku zvláštní sortu počítačů, na které nemůžeme použít stejná
kritéria jako při výběru obyčejného PC. Když hledáte nějaký takový
superpočítač, asi vás nebude zajímat jeho design, velikost displeje, jestli
podporuje USB nebo počet volných ISA slotů. Hlavní a jediné, co je pro vás v
tomto případě důležité, je výkon. Samotná otázka měření výkonu není jednoduchá
ani u normálních počítačů, natož u superpočítačů. Nelze totiž jednoduše
spočítat výkon jednoho použitého procesoru a vynásobit jej počtem procesorů v
superpočítači. Vlastní výpočetní úkol totiž není často možné ideálně
paralelizovat a musí se počítat i s komunikační režií. Právě proto vznikly tzv.
benchmarky. Tato metoda se používá jak pro superpočítače, tak pro obyčejná PC.
Jde o měření výkonu počítače při řešení souboru standardních úloh, které by
pokud možno měly co nejvíce odpovídat úlohám řešeným v praxi. Těchto benchmarků
existuje obrovské množství liší se jak cílovým testovaným výkonem, tak použitým
programovacím jazykem nebo jednotkami. Asi nejznámější jsou benchmarky pro
měření celočíselných aplikací (těch je většina), které jsou nejčastěji udávány
v MIPSech (million instruction per second) a v Dhrystonech (vztaženo k
teoretickému výkonu počítače VAX 11/780). Při volbě superpočítače to ale nebude
rozhodující, zde se budeme asi spíše orientovat podle malinko jiného ukazatele,
který bude nejčastěji udáván v megaflopech. Případně v gigaflopech, pokud
chcete se svým systéme zamířit někam výš.
Jedná se o jednotku, která je používána u benchmarků měřících výkon počítačů
pokud jde o operace v pohyblivé čárce. Tím jsou myšleny aritmetické operace s
reálnými čísly, jako je sčítání, odečítání, násobení, dělení, převod mezi
formáty apod. Existuje několik testů, které měří výkon při takových operacích.
Pro sestavování Top 500 listu byl použit benchmark s názvem Linpack.
Jedná se o velice starý benchmark z roku 1979. Je to relativně jednoduchý test,
který poskytuje pro mnoho aplikací hodnoty blížící se reálnému výkonu. Linpack
benchmark vychází ze stejnojmenné knihovny jazyka FORTRAN, kde je vysoký podíl
operací v pohyblivé řádce, a měří výkon počítače při řešení soustavy lineárních
rovnic. Původně byla velikost problému fixně omezena na velikost matice na 100
a uživatel mohl spouštěl pouze neupravovaný kód. Tato hodnota ale spíše
vypovídala o kvalitě kompileru, a ne o vlastním výkonu počítače. Proto došlo k
několika úpravám. Za prvé byla zvětšena velikost problému na 1 000 a za druhé
byly dovoleny libovolné změny do implementace a ladění běhu benchmarku. Další
změnou pak bylo uvolnění fixní velikosti problému, a tím vznikla varianta s
názvem MP-Linpack.
Na co superpočítač?
Nyní, když už víme, jakým výběrovým kritériem bychom se měli řídit, asi nás
bude pomalu zajímat, na co by nám takový počítač mohl být. Protože se nejedná o
lacinou záležitost, musí to být jistě pádný důvod. Asi se příliš nehodí ke
hraní síťových her ani k přehrávání multimédií (i když by to asi bylo pekelně
rychlé). Hlavním úkolem takových superpočítačů jsou téměř neřešitelné úlohy.
Bohužel ve vývoji nejsme tak daleko, abychom tvořili superpočítače podobné
"Hlubině myšlení" z knihy Stopařův průvodce po Galaxii od Douglase Adamse.
Našim superpočítačům tak nepokládáme otázky typu: "Život, vesmír a vůbec?", ale
spíše přízemní otázky týkající se předpovědi počasí nebo jaderných výbuchů.
Také odpověď "42" by nás asi neuspokojila. Například takové modelování počasí
dokáže vytížit podobný superstroj na dlouhé hodiny. A co se týká simulování
jaderných výbuchů, tak na to naše počítače zatím ještě příliš nestačí (více o
superpočítačích v CW 44/99).
Modelujeme jaderný hřib
Právě úkol simulace jaderných reakcí se stal důvodem pro vznik v současné době
nejrychlejších počítačů. První tři místa v Top 500 totiž patří počítačům
umístěným ve středisku amerického ministerstva energie (DOE) s názvem ACSI
(Accelerated Strategic Computing Initiative). Místní vědci totiž plánují, že by
měli být schopni simulovat jaderné reakce bez nutnosti dalších výbuchů. K tomu
potřebují maličkost počítač s výkonem 100 Tflopů. Aby byl tento výkon k
dispozici, vznikl v roce 1995 program přípravy takového superpočítače. Ten byl
naplánován na 5 let a spolkne 900 milionů dolarů.
Rekordmani
Architektura budoucích počítačů asi zůstane obdobná. Bude se tedy jednat o
Massively Parallel Processor (MPP) počítače s distribuovanou pamětí a MIMD
(Multiple-Instruction, Multiple Data) architekturou propojené pomocí
vysokokapacitních přepínačů, které budou konzumovat obrovské množství energie a
zabírat několik podlaží rozlehlých budov. Právě takové systémy jsou použity i v
počítačích v Top 500, ze kterých se sluší jmenovat alespoň první tři:
1. ASCI Red od firmy Intel výkon 2 380 Mflops dosažený pomocí 9 632 procesorů
Pentium Pro. Další dech beroucí parametry následují: 4 536 počítačů, paměť
584,5 GB, zabraná plocha je 100 čtverečních metrů.
2. ASCI Blue-Pacific SST, IBM SP 604e od firmy IBM výkon 2 144 Mflops dosažený
pomocí 5 856 procesorů. Základem jsou počítače IBM, kterých je zde celkem přes
1 500, celková paměť je 2,6 TB, pevné disky mají kapacitu 62,5 TB a celý systém
zabírá plochu 800 čtverečních metrů.
3. ASCI Blue Mountain od firmy SGI výkon 1 608 Mflops dosažený pomocí 9 632
procesorů. Ty jsou jednak v 128procesorových počítačích Origin 2000 a Onyx2
InfiniteReality. Jedná se o první počítač, který pokořil onu bájnou hranici 1
Tflopu. K tomu potřebuje plochu 1000 čtverečních metrů, příkon 1,6 MW a
potřebuje cca 476 mil. optického kabelu.
Na prvních třech místech se tak seřadily nejdůležitější firmy superpočítačového
průmyslu.
9 3401 / als









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