Polska ma potężne superkomputery. Służą nauce

Szukają nowych gwiazd, przewidują ruch oceanów, analizują wielkie zbiory danych i badają ludzkie DNA – to tylko część zadań, do których na co dzień wykorzystywana jest moc superkomputerów. To dzięki nim na uniwersytetach i w ośrodkach badawczych na całym świecie naukowcy mogą dokonywać nowych odkryć. Superkomputery kosztują miliony dolarów (polski superkomputer Prometheus kosztował 41 mln zł), zajmują powierzchnie kilkunastu lub kilkudziesięciu metrów kwadratowych, zużywają wielkie ilości energii, a już po kilku latach robią się przestarzałe.

Dwadzieścia lat temu najszybsze maszyny świata osiągały moc porównywalną do dzisiejszych komputerów domowych. Superkomputery, często nazywane klastrami, to tak naprawdę wiele (dziesiątki, a nawet setki tysięcy) procesorów połączonych ze sobą. Dzięki temu maszyny te mogą szybko przetwarzać wielkie ilości danych, które zwykłym komputerom mogłyby zająć całe lata. Aby superkomputery były wydajne, muszą dysponować odpowiednimi ilościami pamięci podręcznej (RAM). Podczas gdy domowe mają kilka lub kilkanaście gigabajtów RAM-u, superkomputery dysponują setkami terabajtów (czyli tysiącami gigabjtów) pamięci podręcznej.

Chociaż są tak potężne, to większość z superkomputerów nie nadawałaby się do obsługi dzisiejszych gier. Te przystosowane są do działania na zdecydowanie innym sprzęcie. Wiele z nich nie ma nawet karty graficznej. Superkomputery przede wszystkim służą nauce. Wszystkie polskie supermaszyny podlegają ośrodkom naukowym. Pięć z nich tworzy sieć PL-Grid, dzięki której z mocy superkomputerów mogą korzystać naukowcy z całej Polski.

Moc superkomputerów mierzy się liczbą operacji, które mogą wykonać w ciągu sekundy (czyli we flopsach). Najpotężniejszy komputer świata, chiński SunWay TaihuLight, ma moc ponad 125 PFLOPS (petaflopsów), może wykonać ponad 125 bilardów operacji na sekundę. Prometheus może pochwalić się mocą obliczeniową wielkości 2,4 petaflopsa. Ranking najszybszych maszyn na świecie można znelźć na stronie top500.org.

Prometheus, pracujący w krakowskim Cyfronecie superkomputer o wspomnianej już mocy obliczeniowej 2,4 PFLOPS (petaflopsa), jest obecnie najszybszym w Polsce. Zbudowany przez firmę Hewlett-Packard według założeń opracowanych przez Cyfronet jest jedną z największych instalacji tego typu na świecie i jednocześnie pierwszą w Europie opartą o najnowszą technologię bezpośredniego chłodzenia cieczą.

• Nazwa: Prometheus
• Operator: Akademickie Centrum Komputerowe Cyfronet
• Miejsce: Kraków
• Moc Obliczeniowa: 2,348 PFLOPS
• Pamięć RAM: 216TB
• Miejsce na liście top500: 48

_Dla zobrazowania szybkości pracy Prometheusa można powiedzieć, że w celu dorównania jego możliwościom należałoby wykorzystać moc ponad 50 000 najwyższej klasy komputerów PC w najmocniejszej konfiguracji, dodatkowo połączonych superszybką siecią i zarządzanych specjalnym oprogramowaniem – _mówi prof. Kazimierz Wiatr, dyrektor ACK Cyfronet AGH.

Zdecydowana większość obliczeń jest wykonywana w ramach nauk ścisłych: przyrodniczych, medycznych, technicznych i ekonomicznych, ale coraz częściej po moce obliczeniowe sięgają również nauki humanistyczne oraz sztuka. W połączeniu z innym superkomputerem Cyfronetu, Zeusem, realizowane są projekty dla europejskich i światowych instytucji badawczych. Komputery miały m.in. swój udział w niedawnym odkryciu fal grawitacyjnych.

Znajdujący się na Politechnice Gdańskiej superkomputer Tryton został oddany do użytku w marcu 2015 roku. W chwili uruchomienia był najszybszym komputerem w Polsce. Jest sercem Centrum Doskonałości Naukowej Infrastruktury Wytwarzania Aplikacji. Ideą centrum jest stworzenie miejsca, w którym spotykają się nauka i biznes.

• Nazwa: Tryton
• Operator: Centrum Informatyczne Trójmiejskiej Sieci Komputerowej
• Miejsce: Gdańsk
• Moc obliczeniowa: 1,48 PFLOPS
• Pamięć RAM: 202 TB
• Miejsce na liście top500: 92

Tryton, jak na imiennika boga oceanów przystało, często realizuje projekty związane z morzem i okrętami. Jest to m.in. projekt, który symuluje i bada jak zachowują się sztormy na Bałtyku i jaki wpływ mają na linię brzegową. Bada też, jaki wpływ mają załamujące się fale na instalowane konstrukcje morskich turbin wiatrowych.

Klaster Orzeł/Eagle działa w Poznańskim Centrum Superkomputerowo-Sieciowym od stycznia 2016.
Superkomputer powstał we współpracy z firmą Huawei i ma moc 1,4 PFLOPS, czyli jest w stanie wykonać biliard 400 milionów operacji na sekundę. Orzeł zbudowany jest z ponad 1300 połączonych ze sobą serwerów. W momencie oddania go do użytku był 80. najmocniejszym komputerem świata.

• Nazwa: Orzeł/ Eagle
• Operator: Poznańskie Centrum Superkomputerowo-Sieciowe
• Miejsce: Poznań
• Moc Obliczeniowa: 1,37 PFLOPS
• Pamięć RAM: 120 TB
• Miejsce na liście top500: 90

Orzeł wykorzystuje zaawansowany system bezpośredniego chłodzenia cieczą dzięki czemu jest jednym z najbardziej energooszczędnych superkomputerów w Europie. Na dodatek energia cieplna, która jest wydzielana z maszyny jest potem wykorzystywana do ogrzewania biurowca PCSS.

Orzeł jest wykorzystywany do obliczeń w ramach międzynarodowych i krajowych projektów badawczych m.in. z obszaru chemii obliczeniowej, fizyki wysokich energii (CERN), bioinformatyki, w tym wyznaczania sekwencji genomów, czy symulacji zanieczyszczeń środowiska. Moc superkomputera można również wynająć do własnych projektów. Dzięki temu nawet małe i średnie firmy mogą prowadzić badania na ogromnych zbiorach danych i zaawansowane symulacje.

Superkomputer Okeanos został dostarczony przez firmę Cray Inc. i jest częścią zlokalizowanego na warszawskiej Białołęce Centrum Technologii ICM. Jest to najnowocześniejszy w Polsce ośrodek technologii obliczeniowych oraz Data Science, którego celem jest wspieranie polskiego biznesu, administracji publicznej oraz nauki.

• Nazwa: Okeanos
• Operator: Centrum Technologii ICM
• Miejsce: Warszawa
• Moc obliczeniowa: 1,082 PFLOPS
• Pamięć RAM: 135,5 TB
• Miejsce na liście top500: 108

Udostępnienie systemu Okeanos naukowcom poprzedzone zostało fazą testową Early Science, w ramach której grupy badawcze, wyłonione w drodze konkursu, uzyskały możliwość przygotowania swoich obliczeń, przetestowania możliwości przetwarzania systemu.

Projekty zrealizowane na systemie Okeanos w ramach programu Early Science obejmowały takie dziedziny jak m.in. biologia molekularna, biomechanika, kosmologia, meteorologia czy sejsmologia.

Centrum Informatyczne Świerk jest częścią Narodowego Centrum Badań Jądrowych. To tam znajduje się jedyny w Polsce reaktor jądrowy Maria. Centrum powstało przede wszystkim, aby dostarczyć moc obliczeniową do badań nad energią jądrową, jednak na tym jego zadania się nie kończą. CIŚ prowadzi wiele projektów naukowych, a także współpracuje ze światowymi ośrodkami badawczymi, m.in. z Europejską Organizacją Badań Jądrowych CERN.

• Nazwa: Centrum Informatyczne Świerk
• Operator: Narodowe Centrum Badań Jądrowych
• Miejsce: Otwock k. Warszawy
• Moc obliczeniowa: 1,05 PFLOPS
• Pamięć RAM: 183 TB
• Miejsce na liście top500: 292 (pomiar był robiony przed rozbudową superkomputera, w obecnej konfiguracji superkomputer w CI Świerk znalazłby się w okolicy 120 miejsca)

Centrum zajmuje się też badaniami w energetyce konwencjonalnej, analizą wielkich zbiorów danych, projektowaniem aparatury medycznej czy bezpieczeństwem infrastruktury IT.

Obok naukowych projektów w Centrum realizowane są też przedsięwzięcia związane ze sztuką. Ogromna moc obliczeniowa, jaką dysponuje superkomputer w CIŚ, została wykorzystana do stworzenia animacji w filmie „Warszawa 1935.” Jest to zasługa działającej w centrum Renderowni Świerk, która oferuje swe usługi twórcom. Dzięki zastosowaniu pluginów do programu do animacji 3ds Max, mogą oni zaprząc moc superkomputera, nie wychodząc z domu. Sceny, które stworzą na swoim komputerze, mogą zostać przetworzone w Renderowni Świerk dzięki zdalnemu dostępowi.

Klaster Bem został uruchomiony we Wrocławskim Centrum Sieciowo-Superkomputerowym w czerwcu 2015. W dwudziestoletniej historii centrum jest to już kolejny, czwarty superkomputer. Bem jest też 10 razy mocniejszy od poprzedniej maszyny – Supernovej. Superkomputer składa się z ponad 22 656 rdzeni obliczeniowych, na potrzeby systemu pracują 912 serwery.

• Nazwa: Bem
• Operator: Wrocławskie Centrum Sieciowo-Superkomputerowe
• Miejsce: Wrocław
• Moc Obliczeniowa: 0,86 PLFOPS
• Pamięć RAM: 74,6 TB
• Miejsce na liście top500: 148

Jednym z wielu projektów prowadzonych przy pomocy superkomputera Bem jest przewidywanie ekstremalnych zjawisk pogodowych. System Prognocean Plus umożliwia przewidywanie na trzy miesiące zmian poziomu oceanu w skali globalnej. Dzięki superkomputerowi działa tez system EvapProg, który prognozuje parowanie terenu na dwa dni do przodu. Jest to kluczowe dla przewidywania stanu rzek i ostrzegania przed powodziami.

Innym projektem Bema jest analiza mediów społecznościowych. Projekt Complex Networks zbiera i analizuje dane m.in. z forów internetowych i Twittera. Dane te są później wykorzystywane m.in. do uczenia maszynowego (czyli umożliwia komputerom „uczenie się”) oraz analizy języka naturalnego. Dlatego tak ważne jest, aby nasze wszelkie wpisy w internecie były wyważone i pisane poprawną polszczyzną. Nigdy nie wiadomo, czy jakiś superkomputer nie będzie ich analizował.