Nejvýkonnější superpočítače světa: znáte deset největších monster?

30. 5. 2012

Šachovou partii mezi strojem a člověkem sledoval celý svět. „Ruský velmistr, který hrál s černými kameny, se nečekaně vzdal už po 19 tazích, dlouho očekávaná partie tak trvala jen něco přes hodinu. Z hrací místnosti odešel Kasparov evidentně vyveden z míry a v rozčilení mával pažemi,“ napsala ČTK v tiskové zprávě z roku 1997.

Souboj Deep Blue vs. Kasparov neměl v roce 1997 premiéru. O rok dříve se šachový turnaj uskutečnil poprvé, avšak tehdy počítač prohrál s výsledkem 2:4. Aby se historie neopakovala, jeho novější verze byla schopna vyhodnotit až 200 milionů herních variant za sekundu.

Superpočítač Jaguar

Na úspěch Deep Blue nyní navazuje počítačový systém Watson. Jedná se unikátní zařízení, které dokáže zodpovídat složité otázky formulované přirozeným jazykem v reálném čase. Logickou odpověď je schopen vygenerovat do tří vteřin. Jeho inteligence se potvrdila v minulém roce soutěží Jeopardy! (obdoba našeho Riskuj!), v níž zvítězil nad lidskými soupeři. Dnes je Watson využíván v bankách a ve zdravotnictví. Jeho celkový výkon 80 TFLOPS je ale ve srovnání s dnešní špičkou téměř zanedbatelný.

S výkonem roste spotřeba

I když jsou současné technologie rok od roku úspornější, dá se z oficiálních statistik serveru www.top500.org, který v pravidelných intervalech zveřejňuje aktuální žebříček nejvýkonnějších počítačů, vypozorovat, že se současným zvedáním výkonu roste i chuť po elektřině. Zatímco před třemi lety mělo pět nejvýkonnějších superpočítačů na světě celkovou spotřebu kolem 14,8 MW, v současnosti je to již 27,3 MW.

Aktuálně nejvýkonnější superpočítač s bondovským označením „K“ se přitom při maximálním výkonu nijak nežinýruje a řekne si o celých 12,7 MW. Na druhou stranu se za touto spotřebou skrývá enormní výkon 10,5 PFLOPS.

Operační systémy v superpočítačích

Zatímco do roku 2003 tvrdě kraloval Unix, od tohoto roku začal pozvolna přebírat žezlo jeho mladší bratr Linux. Ten je v dnešní době nasazen na více než 90 % superpočítačů. Najdou se ale i četné výjimky postavené na Windows, BSD nebo Mac OS, nicméně i ty jsou ale již dnes na ústupu. Výhodou Linuxu a Unixu je jejich otevřenost a především i fakt, že byly v superpočítačích používány od samých počátků.

Zdroj: Wikimedia

Na mozek stále nemají

Ačkoli se to nezdá, tak ani nejvýkonnější superpočítač dneška s výkonem 10,51 PFLOPS nestačí na obyčejný lidský mozek. Podle studie, kterou vypracoval šéf výzkumného ústavu IBM Dharmendry Modhy, by lidskému mozku odpovídal superpočítač s operační pamětí o kapacitě 3 581 TB a výkonu 38 PFLOPS. A co vy? Na kolik PFLOPS se dneska cítíte?

Rychlost výpočtů

Početní výkon superpočítačů se měří v jednotkách FLOPS, což je zkratka pro počet operací s plovoucí desetinnou čárkou za sekundu (FLoating-point Operations Per Second). Momentálně nejvýkonnější superpočítač K Computer se může pochlubit výkonem 10,5 PFLOPS., nicméně do roku 2020 se očekává příchod superpočítače s výkonem jeden EFOPS, nebo-li jeden trilion operací za sekundu (v angličtině jeden quintillion).

	Hodnota	Označení - dlouhý systém *	Označení - krátký systém **	Předpona
10⁰ =	1	jedna	jedna
10³ =	1 000	tisíc	tisíc	kilo (k)
10⁶ =	1 000 000	milion	million	mega (M)
10⁹ =	1 000 000 00	miliarda	billion	giga (G)
10¹² =	1 000 000 000 000	bilion	trillion	tera (T)
10¹⁵ =	1 000 000 000 000 000	biliarda	quadrillion	peta (P)
10¹⁸ =	1 000 000 000 000 000 000	trilion	quintillion	exa (E)
10²¹ =	1 000 000 000 000 000 000 000	triliarda	sextillion	zetta (Z)
10²⁴ =	1 000 000 000 000 000 000 000 000	kvadrilion	septillion	yotta (Y)
* - používá se na evropském kontinentě (i u nás) - násobitel 10 (na 3)
** - používá se především v USA - násobitel 10 (na 6)

Superpočítače u nás

Zřejmě nejznámějším superpočítačem u nás je Amálka. Pod tímto křehkým ženským jménem se skrývá paralelní superpočítač umístěný v Ústavu fyziky atmosféry Akademie věd ČR. Jeho úkolem je provádění náročných výpočtů, numerických experimentů a vizualizací v rámci kosmického výzkumu. Využití tohoto superpočítače se přitom neomezuje pouze na české projekty, ale spolupracuje se i na výzkumné činnosti pro Evropskou kosmickou agenturu a NASA. Současný výpočetní výkon Amálky je 6,38 TFLOPS (6. generace), což znamená, že superpočítač zvládne zpracovat 6,38 bilionu operací za sekundu.

Vývoj superpočítače Amálka

Generace	Rok	Výkon	Počet počítačů	Počet procesorů	Počet jader
1	1998	jednotky MFLOPS	8	8	8
2	2000	desítky GFLOPS	16	16	16
3	2003	téměř 1 TFLOPS	96	188	188
4	2006	2,6 TFLOPS	138	272	360
5	2007	4,07 TFLOPS		326	572
6	2009	6,38 TFLOPS		356	800

Amálka ale není zdaleka jediný superpočítač u nás. Druhou příčku zaujímá Dorje (čti: dordže), který je umístěn ve Fyzikálním ústavu Akademie věd. Jeho výpočetní výkon dosahuje 4,2 TFLOPS.

Aktuálně vzniká v Ostravě rámci VŠB-TU nové superpočítačové centrum IT4Innovation, v němž bude sídlit nejvýkonnější superpočítač nejen v česku, ale pravděpodobně i ve střední Evropě. Jeho třicet tisíc jader bude poskytovat maximální výkon 855 TFLOPS.

Amálka (NEC SX-9)

V Česku máme Amálku

10-6. nejvýkonnější počítač světa

10. Roadrunner
Roadrunner	Pokud byste hledali superpočítač Roadrunner, najdete jej ve Spojených státech v Los Alamos. Používá se zde k simulování chování jaderných zbraní a předpovědím, jak se budou chovat během svého dlouhodobého uložení. V roce 2008 se Roadrunner stal prvním superpočítačem, který pokořil hranici jednoho PFLOPS.
	Umístění: USA Počet procesorů: 6 480 AMD Opteron + 12 960 IBM powerXCell, 122 400 jader Výkon: 1 042 TFLOPS

9. Tera 100
Tera 100	Nejvýkonnější superpočítač Evropy je používán v rámci francouzského nukleárního programu k simulacím chování jaderných zbraní při výbuchu. Kladnou stránkou věci je fakt, že Francouzi díky němu již nemusí pustošit atoly v jižním Pacifiku.
	Umístění: Francie Počet procesorů: 17 480 Intel Xeon, 138 368 jader Výkon: 1 050 TFLOPS

8. Hopper
Hopper	Hlavním úkolem Hoppera je aktuálně zkusit objasnit, proč LED diody nejsou při svém svitu tak efektivní, jak by teoreticky měly být. Ačkoli se tento problém může zdát zanedbatelný, v globálním měřítku může přinést jeho vyřešení nemalé finanční a především energetické úspory.
	Umístění: USA Počet procesorů: 12 784 AMD Opteron, 153 216 jader Výkon: 1 054 TFLOPS

7. Pleiades
Pleaiades	Pokud byste hledali Mléčnou dráhu, najdete ji nejen nad svými hlavami, ale také uvnitř superpočítače Pleiades, který je umístěn přímo v NASA. Díky němu se astronomové dozvídají více o chování naší galaxie nebo si mohli nasimulovat střet slunce s černou dírou.
	Umístění: USA Počet procesorů: 23 296 Intel Xeon, 112 896 jader Výkon: 1 088 TFLOPS

6. Cielo
Cielo	Pouze k armádním účelům je určen superpočítač Cielo, jenž se nachází v Los Alamos, rodišti první jaderné zbraně. A právě k simulacím výbuchů nukleárních zbraní v různých reálných prostředích je Cielo používán. Stejně tak své uplatnění nachází v otázkách národní bezpečnosti.
	Umístění: USA Počet procesorů: 17 784 AMD Opteron, 142 272 jader Výkon: 1 110 TFLOPS

5-1. nejvýkonnější počítač světa

5. Tsubame 2.0
Tsubame 2.0	Japonský Tsubame 2.0 slouží převážně meteorologickým účelům. S poměrně velkou přesností dokáže simulovat vývoj a pohyb vln tsunami, stejně jako vývoj globálního oteplování. Stejnou měrou přispívá i k simulování biochemických modelů.
	Umístění: Japonsko Počet procesorů: 2 816 Intel Xeon + 4 224 Nvidia Tesla, 73 278 jader Výkon: 1 192 TFLOPS

4. Nebulae
Nebulae	Číně v současnosti patří druhá příčka co do počtu superpočítačů. Na jejím území jich najdete celkem 61, přičemž větší arzenál mají pouze Spojené státy. Nebulae slouží různým účelům – od simulací crash testů pro automobilku BYD až po studování genomu.
	Umístění: Čína Počet procesorů: 9 280 Intel Xeon + 4 640 Nvidia Tesla, 120 640 jader Výkon: 1 271 TFLOPS

3. Jaguar
Jaguar	I když Jaguár slouží především ke sledování seismické aktivity v okolí kalifornského zlomu a předpovědím zemětřesení, své uplatnění našel také při studování krevního oběhu nebo simulování reakcí vodíku s héliem v budoucích elektrárnách. Stejně pomohl se simulacemi hurikánů nebo vývoje klimatu během posledních 21 000 let.
	Umístění: USA Počet procesorů: 37 376 AMD Opteron, 224 256 jader Výkon: 1 759 TFLOPS

2. Tianhe-1A
Tianhe-1A	Skutečně různorodá uplatnění našel nejvýkonnější čínský superpočítač Tiance-1A. Od designu letadel, přes analýzu seismických údajů získávaných při vyhledávání ropných nalezišť nebo biomedicínský výzkum až po vývoj lepších solárních článků.
	Umístění: Čína Počet procesorů: 14 336 Intel Xeon + 7 168 Nvidia Tesla, 186 368 jader Výkon: 2 566 TFLOPS

1. K Computer
K Computer	Prvenství, které ale nikdy nemá příliš dlouhého trvání, nyní hájí japonský superpočítač K. Pokud se ptáte, proč tak stručný název, tak vězte, že má původ v japonském slově „kei“, což znamená 10 biliard, neboli 10 peta. A to přesně ukazuje na jeho enormní výkon 10,51 petaFLOPS, který je schopen v maximální zátěži generovat. Ačkoli si při tomto výkonu řekne o více než 10 MW, jedná se v současnosti o nejefektivnější superpočítač, co se poměru výkon/watt týče. Momentálně se používá nejčastěji k simulování vývoje vesmíru a předpovědím zemětřesení.
	Umístění: Japonsko Počet procesorů: 88 128 Fujitsu SPARC64 VIIIfxs, 705 024 jader Výkon: 10 510 TFLOPS