Superpočítače počítají každý den, celý rok. Ale co počítají?

Dle oficiálního žebříčku je na světě několik stovek superpočítačů. Na co se využívá jejich výkon a co vlastně běžně počítají?

 ilustrační foto
13.11.2011 18:16   |  

V jednom ze starších článků jsme se podívali na výpočetní výkon, který má v jistém smyslu nejen náš mozek a další neuronové soustavy, ale také všechna elektronická zařízení v čele s nejvýkonnějšími superpočítači na světě.

Jejich výkon je v současnosti již na hranici 10 PFLOPS a do deseti let by se měl dostat na tisíckrát vyšší hodnotu EFLOPS. Jak jsou ale tyto počítače využívány, respektive jaké úlohy počítají a kde je potřeba takto vysoký výkon?

Začalo to počasím

Jeden z prvních známých superpočítačů Cray-1 měl v době své slávy výkon v oblasti MFLOPS či jednotek GFLOPS. Tedy podobný jako současné čipy v mobilních zařízeních. Zabýval se především počítáním aerodynamiky a také základní předpovědí vývoje počasí do budoucnosti.

Kvůli omezenému výkonu se ale nejednalo o nijak přesné výpočty, to se však postupně mění. Podle některých informací je k přesnému modelování počasí na Zemi potřeba výkon v oblasti ZFLOPS, což by mělo stačit na přesnou předpověď na dva týdny dopředu. Pokud vše půjde současným tempem, takový počítač bychom měli mít přibližně v roce 2030.

U klimatických modelů je planeta reprezentována prostorovou sítí. Klimatické modely pro každý její díl počítají s větrem, přenosem tepla, radiace, relativní vlhkostí, pohybem vody na povrchu a dalšími parametry.

V osmdesátých letech se počet superpočítačů začal rychle zvyšovat, výpočty zahrnovaly pravděpodobnostní analýzu nebo modelování stínění při radioaktivním záření. O deset let později se stalo trendem lámání šifer pomocí hrubé síly a také trojrozměrné simulace nukleárních testů, čímž začal pomalý odklon od potřeby provádět výbuchy fyzicky a v reálném prostředí.

A co dnes?

Simulace, simulace a zase simulace

Přibližně polovina nejvýkonnějších superpočítačů ve známém žebříčku TOP500 patří soukromým organizacím. Z toho vychází i využití jejich výkonu. Nejdříve se podíváme na pomalejší superpočítače jako například iForge (pouze 22 TFLOPS). Ten se v současné době stará o různé úlohy ve společnosti Rolls Royce. Jedná se o simulace proudění pro lepší a efektivnější motory, v simulaci je tak možné zkoušet nové prototypy bez toho, aniž by je bylo nutné reálně vyrobit s velmi vysokými náklady.

Superpočítač Franklin, který se dle výkonu nachází na 27. místě v žebříčku, má teoretický výkon až 352 TFLOPS. Celkem 38 128 výpočetních jader a 59 PB úložného prostoru se využívá pro trojrozměrné mapování povrchu Země z detailních snímků. Výsledky se hodí pro přesnější seismická data, hledání ropy a plynu pod zemí, včetně dalších geologických informací. Franklin také modeluje data klimatu, především z pohledu cirkulace mořských proudů a jejich vlivu na teplotu.

Australský CSIRO je moderní a velmi úsporný superpočítač:

Na 17. místě se nachází superpočítač Ranger, který má výkon teoreticky až 579,4 TFLOPS – 62 976 procesorových jader AMD Opteron, 123 TB operační paměti a 1,7 PB úložného prostoru. Po testu simulující model zemské atmosféry počítá turbulentní proudění zmagnetizovaných plynů v mezihvězdném prostředí, což je jedna z důležitých částí k pochopení fungování tvorby jednotlivých hvězd a celých galaxií.

Dochází také k simulacím ozáření při léčení rakoviny, což by mělo tento postup neustále zlepšovat a zpřesňovat tak, aby byly co nejméně zasaženy zdravé buňky. Krátkou úlohou je například i simulace proteinu, který by měl být spojen s Alzheimerovou nemocí. Výsledky mohou být pomocí pro lepší léčebné metody.

IBM RoadRunner, nyní už desátý nejvýkonnější superpočítač na světě, má teoretický výkon kolem 1 PFLOPS a zabývá se simulacemi nukleárních zbraní. Každý den je ale jeho výkon použit pro přibližně 126 různých úloh, včetně simulace různých speciálních materiálů v extrémních podmínkách.

Superpočítač Hopper (Cray XE6) s výkonem 1,3 PFLOPS si drží osmou pozici. Jeho 153 216 výpočetních jader s 59 PB datového prostoru se podílí na simulaci interakce velkých částic plazmatu při fúzní reakci vytvořené laserem. Právě tyto výzkumy neustále přibližují fúzní reaktor k realizaci. Tento typ reaktoru by pracoval na stejném principu jako jádro Slunce, získali bychom výborný, bezpečný a čistý zdroj energie.

S tím souvisí také simulace supernov, především pak jejich výbuchu, který má ještě mnoho tajemství. K tomuto výzkumu se vážou i informace k rychlosti rozpínání vesmíru a vlivu temné hmoty. Hopper se také zabývá zkoumáním těch nejmenších částí světa – atomů, jader (protony, neutrony), jak se chová kvark-gluonové plazma (co drží kvarky a gluony pro tvorbu protonu), kvantové chromodynamiky a podobně.

Jaguar Cray XT5-He je třetím nejvýkonnějším superpočítačem na světě a poskytuje výkon 2,3 PFLOPS. Kromě klasických procesorů obsahuje i grafické karty. Věnuje se simulacím vody a grafenu, což by mělo pomoci zlepšit budoucí baterie a více prozkoumat chování povrchů. V oblasti výzkumu baterií se toho v případě Jaguara zkoumá více, stejně tak zlepšení Li-Ion a Li-Air baterií.

Mezi jednotlivé úlohy patří i různé výpočty ke konstrukci fúzního reaktoru ITER, simulace diamantových nanokrystalů a jejich využití ve vědě a inženýrství, nechybí zkoumání atomů, jader a podobně.

Jak se stavěl Jaguar?

Spolupráce především

Většina superpočítačů však nepočítá pouze soukromé a tajné výpočty, jednotlivá střediska a výzkumné laboratoře spolu spolupracují pod různými organizacemi. Části úloh a jejich výpočet se tak rozmísťuje dle potřeby a důležitosti, v neposlední řadě také dle financí.

Jak je vidět, vše se točí kolem simulací, chování mikrosvěta, ale i velkých objektů jako jsou celé hvězdy a galaxie. Své místo mezi činnostmi superpočítačů však mají i běžné věci jako baterie, materiály, počasí a geologie.

Zdroj: VTM

Autor článku: Karel Javůrek, VTM

Komentáře

Čtěte také

Rusko zvýšilo sazby už na 9,5 procenta. Doplácí na ukrajinskou krizi

Rusko zvýšilo sazby už na 9,5 procenta. Doplácí na ukrajinskou krizi aktualizováno

Ruská centrální banka dnes zvýšila hlavní úrokovou sazbu o 1,5 procentního bodu na 9,5 procenta. Analytiky rozhodnutí překvapilo, míra se pohnula podstatně více, než se čekalo.… více

Komerční prezentace

Další weby mladé fronty

Mobilní web