Késik a szuperszámítógépek forradalma

Egyre kevesebb esély van rá, hogy a számítástechnikusok egy új szupergép bekapcsolásával köszöntik az új évtizedet. A 2020-ra jósolt, a maiaknál ezerszer gyorsabb szuperkomputerek létrehozásához még dollármilliárdokra lenne szükség. Az asztali és a tudományos számítástechnika azonban nagyon eltávolodott egymástól, így a nagy chipgyártók nem látnak üzletet a dologban. Megtörik a szupergépek fejlődése?

Nem tudnak lépést tartani az európai tudományos intézetek a szuperszámítógépek fejlődésével. A kontinensnek hiányzik egy csúcstechnológiával rendelkező chipgyártó ahhoz, hogy labdába tudjon rúgni. A helyzet azonban máshol sem rózsás: a bonyolult számításokhoz, például a klímakutatáshoz, az agy vagy a részecskefizikai folyamatok modellezéséhez szükséges technológiát nem lehet eladni, mert annyira drága. Az amerikai chipgyártók kormányzati források bevonásában bíznak, Japán legnagyobb teljesítményű gépe alig készült el, Kína pedig lassan felzárkózik a világ élvonalához ezen a területen.

Megfizethetetlenek a még jobb szupergépek

Pedig a mostani szuperszámítógépeknél ezerszer gyorsabb új szupergépek által elvégezhető számításokat a tudomány mellett több iparág is tudná használni. Az autóipar, az energetikai szektor, a gyógyszerkutatás, a repülőgép-tervezés, de akár a szórakoztatóipar is profitálhatna a nagysebességű gépekből - fogalmazott a Science tudományos folyóirat által szervezett online kerekasztal-beszélgetésen Jack Dongarra, a University of Tennessee professzora, és az Oak Ridge, a világ leggyorsabb számítógépét üzemeltető laboratórium egyik vezető kutatója.

Jelenleg Amerikában működik a világ leggyorsabb számítógépe, a Titan

Dongarra szerint az új szuperszámítógépek előnye lehet az is, hogy az építésükhöz kidolgozott technológiák leszivárognak a mindennapi számítástechnikába, ezáltal az otthoni gépek is jobbá válnak. A következő nagy ugrás, az exaflops teljesítményű gépek megépítésére azonban még így is nehéz pénzt találni.

Mennyi egy exaflops?

A szuperszámítógépek teljesítményét flopsban mérik, ami magyarul és kibontva annyit tesz, mint másodpercenként elvégzett lebegőpontos számítás. A lebegőpontosan ábrázolt számok rögzített hosszúságban tudnak nagy értékeket kifejezni azáltal, hogy egy számot szoroznak meg egy előre kiválasztott alap valahányadik hatványával.

A középiskolai kémiapéldákban is szereplő Avogadro-szám, amelynek értéke 6,022*10²³, például lebegőpontosan van ábrázolva, mert kiírva túl hosszú lenne. A rövid, alig hat karakterrel leírható szám teljes hosszában a következőképpen nézne ki: 602214100000000000000000. Az aktuális évszámot úgy írhatnánk fel 2.013*10³.

A tudományos számítások során rengeteg olyan művelet van, amelyet ilyen lebegőpontosan ábrázolt óriási számokkal kell ábrázolni. Ezért lett a flops annak a mértékegysége, hogy egy-egy szupergép valójában milyen teljesítményre képes. A szuperszámítógépek sebességének növekedése jelenleg ott tart, hogy már az elvégzett számítások is óriási mennyiséget képviselnek. A világ leggyorsabb számítógépeinek toplistáján még teraflopsban, azaz másodpercenként elvégzett billió (10¹²) műveletben adják meg, ám vannak már petaflopsos gépek is. A következő cél pedig a másodpercenként trillió (10¹⁸) műveletet elvégző számítógép előállítása.

Külön atomerőmű kellene az új szupergépek működtetéséhez

A Jack Dongarra és társai által működtetet Titan nevű szuperszámítógép még csak nem is előképe a kétezerhúszas évekre várt exaflopsos masinának. A jelenlegi világrekorder szupergép csupán 17,6*10¹⁵ darab lebegőpontos műveletet tud elvégezni másodpercenként. A tudósok által létrehozni vágyott következő szuperszámítógép-generáció több mint ötvenszer gyorsabb kell hogy legyen.

A kínai Tianhe szuperszámítógép érheti el először a száz petaflops teljesítményt

Bár logikus megoldásnak tűnik, hogy építsenek ötven Titan méretű számítógépet és kössék össze őket, ez nem lenne megoldás. Az Oak Ridge laboratórium számítógépe több mint 560 ezer processzort tartalmaz, és nyolc megawatt teljesítményre van szükség a működtetéséhez. "Egy [a Titanhoz] hasonló exaflopsos gépnek 400 megawattra lenne szüksége. Egy ilyen rendszer működtetése évente körülbelül négyszázmillió dollárba kerülne" - mondta a Science kerekasztalán Horst Simon, a világ második leggyorsabb számítógépének otthont adó Lawrence Livermore Nemzeti Laboratórium igazgatója a Science kerekasztalán. Összehasonlításként elég abba belegondolni, hogy a Paksi Atomerőmű 500 megawattos blokkokkal rendelkezik, összesen négy darabbal.

Simon szerint az eljövendő exaflopos rendszer energiaigényét húsz megawattra lehet leszorítani. Ha az ehhez szükséges fejlesztések bekövetkeznek, akkor a fogyasztók is élvezhetik, hogy berendezéseik jóval energiatakarékosabban fognak működni. Elképzelhető például, hogy a távoli jövő okostelefonja nem csupán egy napig bírja majd egy feltöltéssel. A tudósok jelenleg a még több magot tartalmazó processzorokkal, a videokártyák magjainak még hatékonyabb felhasználásával kísérleteznek, de valószínűleg a 3D-s memóriák és a rendszerek közti optikai kapcsolódási technológiák is hozzá fognak járulni az exaflopos gép létrejöttéhez. A kutatás azonban jelenleg próbálkozásból áll, Simon azonban úgy véli, hogy nincs még meg a látható forradalmi stratégia, amelyet követve elkészül a jövő szuperszámítógépe.

Csak Kínának van elég pénze szupergépek megépítéséhez

"Egy exaflopos gép megépítése körülbelül kétszázmillió dollárba fog kerülni 2020-ra" - mondta Jack Dongarra. Ebben az árban azonban nincs benne a szükséges alapkutatások költsége. A gép megépítéséhez ugyanis tudományos program, előtanulmányok, szoftverfejlesztés szükséges. Simon becslése szerint évi 3-400 millió dollárt fog felemészteni évente egy évtizeden keresztül, hogy az emberiség rendelkezzen az exaflopsos technológiával.

Japán leggyorsabb gépe a K Computer - még nem döntötték el, építenek-e újat

Jelenleg csupán Kína rendelkezik a tőkével és az akarattal, hogy meg is építse ezt a gépet. De a Science által megkérdezett tudósok még így is kételkednek abban, hogy az ország képes lesz létrehozni a szuperszámítógépet. 2015-re azonban rendelkezni fog egy 100 petaflopos szuperszámítógéppel, amelynek építése folyamatban van, így akár át is veheti a világ leggyorsabb számítógépeit tartalmazó Top500 lista vezetését. Japán a közelmúltban épített szuperszámítógépet, ez a RIKEN kutatóintézet K Computer nevű gépe, a közeljövőben születik döntés arról, hogy szükségük van-e nagyobb teljesítményű szuperszámítógépre.

Európa lemaradt a szupergépek fejlesztésében

A Science szerint Európa nemcsak a gazdasági problémái miatt esik ki az exaflopos versenyből, hanem azért is, mert a kontinens nem rendelkezik processzorgyártó céggel. Ugyan van olyan európai program, a PRACE, amelynek örve alatt el lehetne indítani a kutatást, de a források így is kétségesek.

A Titan előlapján a gép által segített tudományágak jelképei láthatók (nagyobb képért kattintson)

Az Egyesült Államok versenyképessége azért kétséges, mert a szuperszámítógépek alkatrészeinek gyártását a chipgyártók nem látják elég jövedelmezőnek. Az asztali és a tudományos számítástechnika túlzottan eltávolodott egymástól ahhoz, hogy a szupergépek chipjeit el lehessen adni otthoni felhasználóknak. Az ipar pedig a nagy teljesítmény helyett a nagy adatbázisok kezelését tűzte ki célul. Az Intel és az AMD ezért arra vár, hogy szövetségi támogatást kapjon a szuper-számítástechnika. A korábban optimistán kitűzött 2020-as határidő egyre közelebb van, és egyelőre valószínűtlen, hogy a számítástechnikusok egy új szupergép bekapcsolásával fogják köszönteni az új évtizedet.