Superpočítač Sequoia: 16 biliard výpočtů za sekundu

Po sedmi měsících je tu další žebříček nejvýkonnějších superpočítačů světa TOP500. Ten má dvě hlavní poselství. USA jsou opět na vrcholu a společně s japonským superpočítačem K s obrovským náskokem hledí na slabší konkurenci. Jenže zároveň platí, že do TOP10 pronikly i další země včetně těch evropských a to právě na úkor Spojených států.

Ale pěkně popořadě. Žebříček TOP500 zpracovávají nezávislí badatelé z německých a amerických univerzit posledních dvacet let a na jednom přehledném místě tak vznikl docela zajímavý záznam toho, jak se neustále zrychluje výpočetní technika. Zatímco první superpočítače devadesátých let byly výkonné jako dnešní nabušená grafická karta, ty současné dosahují jen stěží představitelného výkonu.

Vývoj výkonu nejrychlejšího počítače světa v posledních deseti letech – nenechte se zmást zdánlivě lineárním růstem, měřítko je totiž logaritmické. Výkon tedy naopak roste téměř exponenciálně.

Žebříček se sestavuje na základě testu Linpack. Podobné testy najdete i pro klasické počítače a dokonce i mobilní telefony, jejich parametry ale nelze se superpočítači příliš srovnávat. Podělením výsledných hodnot tedy nelze spolehlivě konstatovat, že mobil je xkrát pomalejší než superpočítač a naopak.

Člověk dosáhne i na několik flopsů

Jednotkou Linpacku je FLOPS – jeden matematický výpočet s reálnými čísly za sekundu. Takovým výpočtem může být třeba násobení 1,5×2,5. Pokud to dokážete spočítat během sekundy, dosáhli jste výkonu jednoho flopsu. V případě malé násobilky ale zpravidla dosáhneme i na několik flopsů.

Současné superpočítače jsou poněkud výkonnější. Ještě před pár lety dosahovaly rychlosti v řádu bilionů výpočtů za sekundu, v roce 2010 ale americký Roadrunner konečně překonal hranici jednoho petaflopsu, tedy jedné biliardy výpočtů za sekundu. Krátce na to jej o prvenství obral konkurenční americký Jaguar, později Čína a nakonec japonský K Computer.

Sequoia: USA zpátky na vrcholu

Superpočítač K od Fujitsu loni na podzim překonal hranici 10 PFLOPS a mohlo se zdát, že mu nikdo nebude konkurovat. Druhé místo držela Čína a teprve třetí pak USA se strojem o výkonu 1,7 PFLOPS. Jenže už tehdy se dobře vědělo o plánu vybudovat ještě mnohem masivnější počítač, který by se dotknul hranice 20 PFLOPS – dvaceti biliard výpočtů za sekundu.

Deset nejrychlejších superpočítačů v červnu 2012

Dnes už ho známe, v pondělí jsme se totiž dočkali nového žebříčku TOP500. Nový nejrychlejší superpočítač světa se jmenuje Sequoia a skládá se z bezmála 1,6 milionů procesorových jader. Stroj se nachází ve slavném superpočítačovém městečku Livermore v severní Kalifornii, kde sídlí počítačové laboratoře LLNC – Lawrence Livermore National Laboratory, kterou zřizuje americké ministerstvo energetiky.

Národní laboratoře v Livermoru tvoří velký kampus čtvercového půdorysu s rozlohou okolo 2,5 km² (podívejte se na letecký snímek)

Celý systém Sequoia v testu Linpack dosáhl až na metu 16 PFLOPS, konstrukčně by ale měl být připravený až na 20 PFLOPS. Tohoto výkonu počítač dosáhl díky šestnáctijádrovým procesorům IBM Power BQC, které pracují na taktu 1,6 GHz.

Sequoia je počítačový cluster, je to tedy složitý systém propojených rackových skříní. Obrázek níže napovídá, z čeho se skládá. Každý šestnáctijádrový procesor tvoří společně s 16 GB DDR3 pamětí výpočetní kartu. Jeden slot do rackové skříně jich pojme 32. A celá racková skříň pak těchto slotů pojme také 32. Takže jedna racková skříň obsahuje okolo tisícovky procesorů a plný hangár 96 skříní pak tvoří celý superpočítačový cluster Sequoia.

Kdý spočítáte RAM ze všech výpočetních karet (98 304×16 GB), dostanete se k dalšímu úctyhodnému číslu. Sequoia má k dispozici operační paměť okolo 1,6 PB.

Schéma superpočítačového clusteru Sequoia

K čemu tento obří výkon bude sloužit? K výpočtům v energetice, v jaderném programu včetně toho vojenského – dnes se atomové hřiby konstruují pouze virtuálně, a v grantovém programu. U superpočítačů této třídy se už ani nepočítá s tím, že jeden jediný softwarový program vytíží celý stroj.

Momentka z výstavby clusteru Sequoia. Zleva: šéfová výpočetního centra v Livermoru Kim Cuppsová a vedoucí týmu IBM Adam Berstch, pod jehož vedením technici zapojovali rackové skříně do jednoho celku.

IBM vládne světu

Společně se Sequoiou se na výsluní vrátila i společnost IBM, která celé roky vyráběla legendární „stavebnice“ BlueGene. Ty se v minulých ročnících posunuly pod první desítku a štafetu převzaly ostatní firmy. To se nyní mění a modernizovaný BlueGene/Q se po letech vrací na samotný vrchol – v desítce okupuje celou polovinu strojů.

IBM ve svých mašinách používá vlastní procesory Power, které oproti klasické serverové konkurenci (Xeon, Opteron aj.) nabízí mnohem menší spotřebu. Je to patrné i z tabulky výše, podle které má Sequoia dokonce dvakrát nižší příkon než druhý „K“.

 
Momentky z výstavby clusteru Sequoia

Oproti loňskému podzimu superpočítače opět výrazně zrychlily a meta 1 PFLOPS už přestává být v první desítce normou. Spíše naopak – celá polovina desítky míří nad 2 PFLOPS a tři mašiny se pohybují okolo 10 až 20 PFLOPS.

V tomto světle bude zajímavé sledovat, jak bude pokračovat vývoj ostravského počítače v rámci tamního výpočetního centra IT4Innovations. Podle loňských plánů by měl ve třetím největším městě republiky do roku 2015 vyrůst počítač s výkonem až 855 TFLOPS. Tou dobou to už sice nebude světová špička, v regionu střední Evropy (vyjma Německa) to však bude opravdový rychlík.