Duboke misli jednog superračunara

Jedan od najpoznatijih računara na svetu je svakako Hal 9000 – brodski računar svemirskog broda Discovery iz čuvenog dela Odiseja u svemiru 2001, nedavno preminulog britanskog pisca ser Artura Klarka. Iako se radi tek o običnom brodskom računaru, Hal je u senku stavio najmoćniji računar ikada zamišljen - Duboku Misao, računar iz najprodavanijeg SF-a na svetu - Autostoperskog vodiča kroz Galaksiju, takođe pokojnog britanca Daglasa Adamsa. Mozda je razlog tome izvanredna ekranizacija Odiseje.

Bilo kako bilo, činjenica je da je, za razliku od Hal-a koji je samo trebalo da upravlja svemirskim brodom, brine se o kursu, posadi - rečju trivijalnim stvarima, Duboka Misao projektovana sa samo jednim, ali civilizacijski važnim zadatkom - da nam da konačan odgovor o životu, vaseljeni i svemu ostalom. Za iznalaženje ovako složenog odgovora ovom računaru je trebalo čak sedam i po miliona godina.

Halovo oko

A kako situacija stoji ovde kod nas, na planeti Zemlji? Kod nas se realizuju nešto manje ambiciozni projekti. Naši računari jedva da uspevaju da razaznaju reči, dok su još uvek jako daleko od toga da razumeju njihovo značenje. I pored velikih zaostataka za SF računarima, možemo da napravitmo izvesnu analogiju između njih i onoga što mi danas imamo.

Kao što smo već rekli, Hal je projektovan da upravlja svemirskim brodom. Računari sa sličnim zadatkom mogu se sresti u današnjim avionima, brodovima, pa i automobilima. Neki od njih, poput Hal-a mogu i da govore. Da li na kontrolnoj tabli vašeg automobila stoji mala kutija koja vam prijatnim glasom kaže:

“Za pedeset metara skrenite levo.... ... Levo! .... ... Ne to levo, drugo levo!!!!”

Ako bi skromni analogon Hal-a bio GPS ili neki malo složeniji računar u automobilu, šta bi bio analogon Dubokoj Misli? Baš kao i u SF delima, to bi bili superračunari projektovani sa ciljem da daju odgovore na složena pitanja. Superračunari se bave raznim proračunima - od vremenske prognoze, preko aerodinamike, simulacije električnih kola, predikcije širenja virusa, pa sve do predviđanja kretanja vrednosti deonica na berzi. Iako daleko skromniji od Duboke Misli ovakvi superračunari su pravi giganti u odnosu na ono što obično podrazumevamo pod računarom.

Roadrunner – trenutno najbrži superraèunar na planeti

Najbitniji faktor superračunara jeste njihova brzina računanja. Ona prvenstveno zavisi od brzine i arhitekture procesora i od njihovog broja (CPU – Central Processing Unit). U zavisnosti od aplikacije, bitan faktor može biti i količina raspoložive memorije i način na koji su moduli sa procesorima međusobno povezani. Brzina računanja se izražava u FLOPS-ima. FLOPS je skraćeno od FLoating point Operations Per Second i predstavlja broj matematičkih operacija koje računar može da izvrši nad brojevima zapisanim u formatu sa pokretnom zapetom. Recimo, jedna ovakva operacija bi izgledala ovako:

0.36272982x10^12+0.98764x10^11

Moderni procesori sa četiri jezgra uspevaju da izvrše i po 50 milijardi operacija u sekundi (50 GFLOPS-a). Rekorderi su procesori specijalno projektovani za obradu slike (GPU - Graphical Processing Unit). Najnoviji grafički procesori u stanju su da razviju preko 500 GFLOPS-a na čipu sa čak 250 jezgara. Ipak, grafički čipovi imaju ograničen set instrukcija koje su u stanju da izvrše, pa samim tim imaju i ograničenu primenu.

Broj superraèunara na top500 listi po zemlji

Svakih šest meseci, na sajtu www.top500.org, objavljuje se lista 500 najbržih superračunara na svetu. Ova prestižna lista pravi se na osnovu LINPAC testa. Ovaj test je zapravo matematički zahtevan softver optimizovan za računare sa više procesora. Poslednja top500 lista objavljena je u junu ove godine i donela je dosta zanimljivih promena.

Od kako su krajem 2004. godine povratili prvo mesto od Japanaca, Amerikanci suvereno vladaju vrhom ove liste. Trenutno, najbrži superračunar na svetu je Roadrunner, smešten u Nacionalnoj Laboratoriji Los Alamos. Ovaj superračunar, inače delo IBM-a, u sebi ima 124 400 procesora koji zajedno mogu da postignu brzinu od 1026 TFLOPS-a (1 TFLOPS je hiljadu GFLOPS-a, odnosno milion miliona
operacija u sekundi). Za Roadrunner je izdvojeno čak 120 miliona dolara. Drugo i treće mesto zauzimaju takođe IBM-ova rešenja iz nešto starijih serija BlueGene L i BlueGene P, smeštena u Nacionalnim laboratorijama Lowrence Livermore i Argonne. Iako imaju daleko više procesora (212 992, odnosno 163 840) ova dva računara su po brzini računjanja dosta iza prvaka iz Los Alamosa. Vrednosti brzina koje su dostigli na LINPAC testu su 478 TFLOPS-a i 450 TFLOPS-a.

Ukupna snaga superraèunara sa top500 liste po zemlji

U poslednjih godinu dana na vrhu liste našlo se i nekoliko Evropskih superračunara. Šesti na top500 listi a najbrži u Evropi je računar u istraživačkom centru Jülich u Nemačkoj. Radi se o IBM sistemu BlueGene P serije sa 65 536 procesora koji mogu da postignu brzinu od 205 TFLOPS-a. Među prvih dvadeset računara sada se nalaze još tri francuska, jedan švedski i jedan britanski, a od vanevropskih tu su dva japanska i jedan indijski (ovaj poslednji je čak na osmom mestu).

Kako je razvoj tehnologije veoma brz, česte su i promene na top500 listi. Ipak, japanski Earth Simulator, koga je 2002. godine sklopio NEC, bio je prvi na listi čak dve godine, a sada se, čak šest godina nakon puštanja u rad, drži na 59 mestu. S druge strane, do pre samo godinu dana najbrži evropski računar Mare Nostrum sa svojih 10240 procesora i 63.83 TFLOPS-a sada je tek na 26. mestu na top500 listi i tek sedmi u Evropi. Ipak po dizajnu je ostao na prvom mestu - ovaj računar smešten je u kapelu iz 19. veka Torre Girona u Barseloni.

Mare Nostrum (By courtesy of Barcelona Supercomputing Center - www.bsc.es)

Što se bivših jugoslovenskih republika tiče, najbrži računar se nalazi u Sloveniji. Ovaj računar, sklopljen u aprili ove godine od IBM Blade modula, ima 4096 procesora koji sa svojih 35.08 TFLOPS-a zauzima 53 mesto na top500 listi.

Najbrži računar u Srbiji, PARADOX, ujedno i najbrži računar u oblasti jugoistoče Evrope, nalazi se u Laboratoriji za primenu računara u nauci na Institutu za fiziku u Beogradu (www.scl.rs). Ovaj sistem ima 870 procesora i oko 900 GB memorije. Sastavljen je od SuperMicro nodova baziranim na Intel Xeon procesorima. Deo ovog superračunara je i storage od 30TB. Procenjena brzina PARADOX-a je oko 4.5 TFLOPS-a.

Sastavljanje PARADOX-a

PARADOX je zapravo više od superračunara. Kroz projekat EGEE (www.eu-egee.org) on je jedan od važnih delova GRID-a, svetske mreže superračunara. Umrežavanje računarskih resursa omogućilo je bolju iskorišćenost. Na top500 listi mogu se videti i računari čija je iskorišćenost 60% vremena. Ukrupnjavanjem resursa pomoću GRID-a iskorišćenje računara povećano je na preko 90%, a ne retko i na punih 100%. U GRID svetu, ovaj računar se nalazi među prvih dvadeset po broju procesora, a po iskorišćenju čak među prvih deset.

PARADOX – crvena linija prokazuje broj procesora, a plava broj procesa koji se trenutno izvršavaju

Za oko sedamdeset godina, koliko je duga istorija superračunara, napravljeno je nekoliko velikih tehnoloških skokova. Za jedan od prvih računara, ENIAC, i dan danas postoji fama da je bio ogroman i da je trošio užasno mnogo električne energije. Zapravo, u poređenju sa današnjim superračunarima, ENIAC je pravi štedljivi patuljak. Naspram njegovih 17 468 vakuumskih cevi i 1500 releja, 63 m2 prostora i potrošnje od 150kW, imamo današnje superračunare sa preko 100 000 procesora (svaki procesor ima nekoliko miliona tranzistora). Ovi računari zauzimaju i po nekoliko stotina kvadratnih metara prostora i troše i do 2.3 MW električne energije.

ENIAC (levo) i najbrži superraèunar Evrope Jugene (desno)

Ipak, i pored ovako brzog razvoja superračunara verovatno ćemo još dugo čekati na konačan odgovor o životu, vaseljeni i svemu ostalom. Do tada nam ostaje odgovor koji je dala Duboka Misao – 42.

Autor je zaposlen u Laboratoriji za primenu računara u nauci na Institutu za fiziku - www.scl.rs