[origo]
Nyomtatás

Szuperszámítógépek Magyarországon
2003. október 20., hétfő, 13:18


Milyen feladatai vannak és hogyan is néz ki valójában egy szuperszámítógép? Többek közt ezekre a kérdésekre kerestünk választ három hazai szuperszámítási rendszernél tett látogatásunk során.


Gyakran esik szó szuperszámítógépekről a nemzetközi és hazai számítástechnikai sajtóban, azonban ezen hírek olvasásakor gyakran felmerül a kérdés: valójában mi is tartozik ebbe a kategóriába, hogyan is néznek ki ezek a gépek, hol találhatók vagy éppen mire használják őket? A "szuper" kategóriába a rendkívül nagy számítási teljesítményt nyújtó számítógépek tartoznak, ezek rendkívül sokféle feladatot elláthatnak. Cikkünkben három hazai példával - két kutatói számítási rendszerrel és az Országos Meteorológiai Szolgálat szupergépével - igyekszünk illusztrálni a témakört, dióhéjban felvillantva emellett a világ jelenleg legerősebb konfigurációjának, a nemes egyszerűséggel csak Earth Simulator ("Földszimulátor") névre keresztelt gépnek a tulajdonságait.


Szupergép az NIIF-nél: a legerősebb "magyar"

- Már a kilencvenes évek elején felmerült a gondolat, hogy a magyarországi kutatói szférának szüksége lehet egy olyan eszközre, mely szuperszámítógépes teljesítményt nyújt - kezdi ismertetni a jelenleg legerősebb hazai konfiguráció történetét Máray Tamás, a Nemzeti Információs Infrastruktúra Fejlesztési program (NIIF) technikai igazgatója. Az igényt hazai egyetemeken, kutatóintézetekben folyó olyan kutatások, projektek hozták felszínre, melyek elvégzéséhez extra nagy számítási kapacitás kellett. A hazai kutatók ebben az időben megfelelő eszköz híján az ilyen számításokhoz külföldi - többek közt német, svéd és amerikai - szuperszámítógép-központokból "kértek kölcsön" kapacitást, ez azonban sok esetben igen nehezen kivitelezhető, kényelmetlen megoldás volt. A kilencvenes években több tanulmány is készült, melyek alátámasztották az oktatási-kutatási szupergép igényének létjogosultságát. Az ügyet végül az NIIF karolta fel és végül az akkori oktatási minisztérium hozzájárulásával, tendereztetés után beszerezték a ma is működő Sun gyártmányú rendszert, melyet 2001 elején sikeresen be is üzemeltek az NIIF Victor Hugo utcai központjában.

NIIF

A program a teljes hazai kutatási, felsőoktatási és közgyűjteményi közösség számára biztosít országos számítógép-hálózati infrastruktúrát, valamint erre épülő kommunikációs és informatikai szolgáltatásokat. Az NIIF költségvetési büdzsére támaszkodik.


A NIIF honlapja


Telepítése idején a konfiguráció bekerült a világ legnagyobb számítási teljesítményét nyújtó gépeket rangsoroló Top500 Supercomputers listára is. Az eredeti modellt azóta bővítették, s bár a gép időközben kiszorult a Top500 listáról, Magyarországon továbbra is a legerősebb számítógépként tartják nyilván a 192 processzoros, három egységből álló rendszert.

A technikai igazgató a rendszer beszerzési áráról csak annyit árult el, hogy százmilliós nagyságrendű, hozzátéve: ez az ár is úgy jöhetett ki, hogy a szállító töredékáron, a listaárhoz képest töredékáron, igen nagy engedménnyel kínálta a tenderen.

A felhasználás rendszere




Linktár


Szuperszámítógépek linkjei

A szuperszámítógép feladata könnyen definiálható: a Sun-konfigurációnak "mindössze" a hazai kutatói közösség számítási igényeit kell kiszolgálnia. Ez a gyakorlatban azért valamivel összetettebb: a gép számítási kapacitása az interneten keresztül elérhető, így a kutatók távolról - legyenek akár valamelyik budapesti kutatóintézetben, vagy a pécsi vagy szegedi egyetemen - is felhasználhatják a monstrum erejét. Máray elmondása szerint az igényeket az NIIF-központban fogadják, ezek elbírálásra kerülnek, egy-egy projekt ezután juthat - általában már egy héten belül - az igényelt gépidőhöz. A kutatók ezután hozzáférést kapnak a szuperszámítógéphez és ezután "otthonról" használhatják azt, az interneten keresztül felmásolva gépre a számításhoz szükséges adatokat és programokat. A beérkező feladatokat a gépen működő intelligens ütemezőszoftver rakja sorba, illetve osztja ki végrehajtásra a rendszerbe, megpróbálván az erőforrásokat optimálisan kihasználni.

Forrás: [origo]

A működtetők tapasztalatai szerint nincsen tipikus felhasználás, illetve számítási feladat: vannak mindössze egy-két óra alatt lefutó számolások, de akadnak hónapokig futó feladatok is. Máray elmondása szerint a fizikusok és a vegyészek a szuperszámítógép leggyakoribb felhasználói, emellett ők is igénylik a legtöbb gépidőt. Mellettük persze változatos a felhasználók köre: csillagászok és geológusok ugyanúgy a gép gyakori használói, mint például a biológusok vagy az orvosok. A hazai kutatók számára az NIIF szuperszámítógépének használata díjmentes. Átlagos kihasználtsága 80 százalék fölött van, sokszor előfordul azonban olyan is, amikor a rendszer teljes, vagy közel 100 százalékos kihasználtsággal működik, adott esetben akár napokig is.


Másodpercenként 180 milliárd művelet

Forrás: [origo]A gép eredeti kiépítésben másodpercenként 60 gigaflopos (egy gigaflop=egymilliárd lebegőpontos számítási művelet másodpercenként) kapacitása ma körülbelül 180-ra tehető. A kezdet óta eltelt két és fél évben nem csak a processzorok számát növelték - ma már összesen 192 processzor végzi a szuperszámítógép feladatait -, de emelkedett a szupergép memóriájának és háttértárának kapacitása is. A szuperszámítógép egy Sun Fire 15000, 2 db Sun Ultra Enterprise 10000 és a rendszert kiszolgáló Sun Fire 480R gépből áll.

A 15k szerver 64 darab UltraSparc III+ 1050 megaherzes processzort és 131 gigabájt memóriát, az egyik Sun Ultra Enterprise 10000 szerver 64 darab UltraSparcII 400 megaherzes processzort és 32 gigabájt memóriát,a másik Sun Ultra Enterprise 10000 szerver 64 darab UltraSparcII 466 megaherzes processzort és 32 gigabájt memóriát, SunFire 480R szerver 4 darab UltraSparcIII+ 900 megaherzes processzort és 8 gigabájt memóriát tartalmaz.
 
Kisebb számítási kapacitású, ám a Sun-géphez hasonló technológiával épített számítógépet használnak az úgynevezett kritikus rendszereik működtetéséhez például a bankok, repülőterek, vagy például a közműszolgáltatók, erőművek.


Szuperkonfiguráció a hálózaton

HBone

A magyarországi akadémiai közösség nagy sebességű internetes hálózata. Az HBone szolgálja ki a felsőoktatást, kutatás-fejlesztést, könyvtárakat és közgyűjteményeket, egy átjárón keresztül a Miniszterelnöki Hivatalhoz kapcsolódó kormányzati szerveket, valamint számos egyéb közintézményt is. Jelenleg mintegy 600 intézmény kapcsolódik az HBone-ra.


Az NIIF a Sun szupergép mellett egy másik olyan rendszert is működtet, mely a szuperszámítógépekével összemérhető számítási teljesítmény nyújtására képes. Ez a közönséges asztali PC-k országos hálózatba rendezésével létrehozott úgynevezett ClusterGrid: a rendszert egyetemeken és könyvtárakban található "mezei" gépek alkotják, a projekt már mintegy 600 PC erejét próbálja együttesen hasznosítani. Érdekesség, hogy a rendszer csak éjjel működik: a ClusterGridet alkotó PC-k legtöbbje normál egyetemi géptermekben, informatikai laborokban található, így a nappali órákban az adott intézmény hallgatói, oktatói használják. A "fürt" este lép működésbe: ekkor másik üzemmódba váltva tudnak együttesen dolgozni egészen a reggeli órákig, amikor is a helyi felhasználók újra birtokba veszik a PC-ket.

A hasonló PC-s grideknél igen fontos a komponensek minősége. A rendszert irányító NIIF munkatársai ezért minél modernebb, újabb számítógépeket igyekeznek "beszervezni", a jelenlegi grid túlnyomó részét egy tavalyi oktatási minisztériumi pályázat során beszerzett, akkor vadonatújnak számító gépek alkotják. Stefán Péter, az NIIF projektvezetője szerint a rendszer nagy előnye könnyű bővíthetősége: az NIIF folyamatosan újabb és újabb laborokat kapcsol be a gridbe, a résztvevő gépek száma a tervek szerint év végéig eléri az ezret. A rendszer nemzetközi összehasonlításban is rendkívül jól működőnek és előremutatónak számít - teszi hozzá a szakember. A gépek a hazai akadémiai hálózaton, az HBone-on kapcsolódnak egymáshoz.


Forrás: [origo]


Gépterem az ELTE-n

A ClusterGrid egyik jelenlegi pillére az ELTE lágymányosi épületében működő 100 darab asztali számítógép. - A gépek a Lovarda nevet viselő hallgatói laboratóriumban működnek: a nappali órákban igen magas kihasználtsági fokkal működnek, legtöbbször igen nehéz helyet találni - magyarázza Benczúr András tanszékvezető. A "normál" üzemmódból aztán este tíz órakor vált át a rendszer "szuper" módba: a gépek ilyenkor automatikusan újraindulnak és a napközben használt Windows operációs rendszer helyett linuxos környezetben dolgoznak együtt.

Az NIIF számításai szerint a jelenlegi 600 gépes rendszer számítási teljesítménye - amennyiben minden gép egyszerre dolgozik - eléri a Sun szupergép kapacitását. Stefán Péter szerint a ClusterGridnek azonban megvannak a korlátjai: bizonyos típusú, például rendkívül nagy méretű adatokkal, mátrixokkal dolgozó műveleteket csak az egyedi szupergépen lehet elvégezni, emellett szakaszos erőforrás, hiszen csak éjszakánként állhat rendelkezésre.

Forrás: NIIF
HBone: a különböző színű vonalak a különböző sávszélességet jelzik

Máray úgy véli, a Victor Hugo utcában működő Sun-gép és a ClusterGrid rendszere igen jól kiegészíti egymást, ugyanis vannak feladatok, melyek egyedi szupergéppel, s vannak olyanok, melyek a grid használatával oldhatók meg optimálisabban.


Ahol az időjárás-jelentés készül

Magyarország második legerősebb szuperszámítógépét időjárás-előrejelzések kiszámítására használják. Az Országos Meteorológiai Szolgálat (OMSZ) II. kerületi központjában található konfiguráció 2002. februárjában kezdte meg működését. - A gépre szállítására kiírt tender során az IBM p690 Regatta fantázianevű szupergépe lett a befutó - foglalja össze röviden a szupergép indulásának körülményeit Löwinger Endre, az OMSZ osztályvezetője. Az IBM-gép startját megelőzően egyébként az előrejelzési feladatokat egy Silicon Graphics Origin 2000-es számítógép látta el, azonban az előrejelzés pontosságának növelésével, s a feladatok megnövekedett mennyiségével párhuzamosan a számítási kapacitást is bővíteni kellett.  A vételárról a az osztályvezető csak annyit árult el, hogy százmilliós nagyságrendűre tehető, a 2001-es indulást követően kiadott OMSZ közleményből pedig kiderül: a költség nagy részét költségvetési forrásból fedezték.

Forrás: [origo]

A rendszer naponta két alkalommal készít 48 órás - a meteorológiai szakzsargon szerint rövid távú - előrejelzést Európa közel teljes területére. A számítási modell az ország teljes területére négyzetrácsot vetít, 6,5x6,5 kilométeres osztásokkal, függőleges irányban 37 modellszinten - próbálja érzékeltetni a hatalmas mátrixot Kullmann László, az OMSZ munkatársa. A számítás kezdeténél minden rácspont rendelkezik bizonyos meteorológiai, fizikai jellemzőkkel - mint például légnyomás, hőmérséklet, szélirány, páratartalom -, s a modell ezekből számítja ki, alapvető fizikai törvényszerűségekre alapozva a várható változást. A szakember elmondása szerint egy-egy számítás körülbelül fél órát vesz igénybe, ekkor a szuperszámítógép igen magas számítási teljesítménnyel közel "csúcsra pörög". A gép "outputja" még távol áll az időjárás-előrejelzés végleges formájától: a számítás eredményeként megjelenő hatalmas mennyiségű bináris számtömegből aztán az utófeldolgozási munkálatok során készül el a grafikus megjelenési forma, melyből - ezen kívül más számítások eredményeiből - készíti el az előrejelző csoport az időjárás-előrejelzés azon formáját, amit például a televízióban is láthatunk. Az eredményeket több évre visszamenően archiválják az OMSZ-nél.

A "Földszimulátor"

Japánban működik a világ legerősebb számítógép-konfigurációja, a NEC által épített Earth Simulator. A rendszer összesen 5120 processzort és 10 terabájt, azaz 10 ezer gigabájt memóriát tartalmaz. Számítási teljesítménye 40 teraflop. A gép jelenleg is vezeti a Top500 Supercomputer listát. A gépet többek közt klimatikus változások modellezésére és szeizmológiai kutatásokra használják.


A csúcsgép honlapja


A numerikus előrejelzési modellek futása közötti időszakban egyéb, főképpen különböző fejlesztési munkálatok és alapkutatások számítási feladataira használják fel a szuperkonfigurációt. Szintén ilyenkor kerülhet sor esetleges karbantartási műveletekre és javítási feladatok elvégzésére.

Az IBM p690 gépben 32 darab 1,3 gigaherzes Power4 processzor kapott helyet. A kezdeti 32 gigabájt memória ma már 64, a gép saját háttértára pedig 364 gigabájtról 750-re bővült.  A gép másodpercenként 166 gigaflopos számítási teljesítményre képes. - Jelenlegi kiépítésében a Regatta szupergép gyakorlatilag elérte bővíthetőségének korlátait, teljesítményének további növeléséhez egy másik, azonos típusú szuperszámítógéppel lehetne párba kötni, erre azonban jelenleg nincs igény - vázolja fel a hogyan tovább mikéntjét Löwinger, hozzátéve: a rendszer tervezett fejlesztései egyelőre a hosszú távú tervek között szerepelnek.


[origo]