Elképesztő a szuperszámítógépek teljesítménye, de már nehezen fokozható

Elátkozott helyek atlasza
2020-11-30
Aláírták a szerződést a NASAMS légvédelmi rakétarendszerek beszerzéséről
2020-12-01
Show all

Elképesztő a szuperszámítógépek teljesítménye, de már nehezen fokozható

Ha szélvészgyors komputerekről esik szó manapság, szinte mindenki az áhított kvantumszámítógépekre gondol, amelyek egyszer majd zárójelbe tesznek mindent, amit a számítástudomány egész eddig elért. Jelenleg azonban a kvantumkomputer csak a jövő ígérete, a legnagyobb számítási igényű feladatokat továbbra is a hagyományos rendszerű szuperszámítógépek végzik.

Néhány nappal ezelőtt az Európai Bizottság által támogatott Excalate4Cov konzorcium kutatói az eddigi legnagyobb szuperkomputer-szimulációt végezték el rengeteg, a Covid-19 betegség ellen potenciálisan hatékony gyógyszerhatóanyag-molekulán. A szimuláció 60 órán keresztül zajlott, és összességében 70 milliárd molekula 1 billió kölcsönhatását modellezték a SARS-CoV-2 vírussal.

A projekt vezetője, Andrea Beccari nyilatkozata szerint elérték a maguk elé kitűzött célt, és volt olyan másodperc a teszt során, amikor 5 millió molekulát tudtak a szuperszámítógépekkel szimulálni. Így az ő tesztjük „300-szor nagyobb és 500-szor gyorsabb volt”, mint az amerikaiak hasonló júniusi szimulációja. A tesztben olaszországi, németországi és spanyolországi szuperkomputerek vettek részt, amelyek összteljesítménye (számítási kapacitása) elérte a 81 petafloppsot (a peta a tíz 15. hatványa, ezt mindjárt megmagyarázzuk).

Folytonos verseny a legekért

Ahogy e hírből is kiviláglik, a szuperkomputerek világa a külvilág felé az örökös versengésről szól. Folyamatosan próbálják legyőzni a többieket, a legnagyobb, legerősebb, leggyorsabb, legenergiahatékonyabb gépeket építeni. Persze eközben e számítógépek folyamatosan végzik a feladataikat, és olyan eredményeket szolgáltatnak a legkülönfélébb tudományterületek számára, ami hétköznapi számítógépekkel évezredek alatt is lehetetlenség lenne.

De mitől válik egy komputer szuperszámítógéppé? Nos, hagyományos értelemben a szuperszámítógépek felépítése alapvetően nem tér el az átlagos asztali számítógépekétől (itt tehát nem a kvantumszámítógépekről beszélünk). A különbség inkább a méretekben és a teljesítményben van. A szuperszámítógépek rengeteg processzormagot tartalmaznak, amelyeket a működésük szempontjából ideális körülmények között üzemeltetnek, hogy a legnagyobb teljesítményt passzírozzák ki belőlük. Az esetenként sok ezer processzormag a számítási feladatokat megosztva, egymással párhuzamosan hajtja végre, ez az igazán gyors működés alapja.

A szuperszámítógépek teljesítményét flopsokban mérik (a szóvégi “s” a közhiedelemmel ellentétben nem a többesszám jele, vagyis nem hagyható el, ha precízek akarunk lenni). A flops a másodpercenkénti lebegőpontos műveletek számát jelenti (FLoating point Operations Per Second). Nem egyszerű összehasonlítani a számítógépek teljesítményét, hiszen mindegyik más, más körülmények között hajt végre eltérő feladatokat, és persze minden gyártó próbálja bebizonyítani, hogy az övé a legjobb. A flopsok számolása mégis a legobjektívebbnek tekinthető mérőszám.

A Fujitsu Fugaku nevű gépe ma a legerősebb szuperszámítógép (2020. június 22. Forrás: STR/JIJI PRESS/AFP via Getty Images)

A Fujitsu Fugaku nevű gépe ma a legerősebb szuperszámítógép (2020. június 22. Forrás: STR/JIJI PRESS/AFP via Getty Images)

A világ számítási központjaiban működő szuperszámítógépek folyamatosan fejlődnek, így az erősségi ranglistájuk hasonlóképpen változik napról-napra, mint a sportból ismert vagy a zenei toplisták. Az ötszáz legerősebb számítógépet a Top500 lista sorolja fel, ezen a japán Fujitsu által a Riken Számítástudományi Kutatóintézet számára épített Fugaku szuperszámítógép vezet.  A Fugaku egymagában 442 petaflops-ra képes. Összehasonlításul egy Pentium III-as processzor elméleti csúcsteljesítménye 750 megaflops. A Fugaku már jó ideje vezeti a listát, tavaly óta 6,4 százalékot gyorsult, amit az üzemeltetők annak tulajdonítanak, hogy immár az egész gépet munkába tudták állítani, nemcsak egy részét.

A növekedés üteme csökken

Noha a szuperszámítógépek teljesítménye továbbra is folyamatosan nő, a növekedés üteme fokozatosan csökken. A híres Moore-törvény kimondja, hogy a számítógépek teljesítménye másfél évente megduplázódik. Ez ma már nem igaz a szuperszámítógépekre. Erich Strohmaier, a Berkeley Egyetem kutatója a múlt héten (persze online) tartott Supercomputing 2020 konferencián bemutatta, hogy 2013 óta jelentős lassulás következett be a teljesítmény növekedésében.

A Top500-as listát 1994 óta vezetik, és onnantól kezdve 2013-ig a rajta szereplő számítógépek átlagos teljesítménynövekedése évente 80 százalékos volt. Ez 11 éves periódus alatt ezerszeres növekedést jelent. 2013-ban azonban a globális gazdaság visszaeséssel küzdött, és minthogy a szuperszámítógépek eszméletlenül drágák, a fejlesztésük nagyon gyorsan megérzi az államok és az államoktól függő kutatóintézetek pénztárcájának lesoványodását. A számítási központok világszerte elhalasztották tervezett fejlesztéseiket, a meglévő rendszereik működtetésére koncentráltak.

Emiatt a fejlődés üteme leesett a Moore törvénye által diktált szint alá. Jelenleg a Top500 szuperszámítógépei évi 40 százalékkal erősödnek, és ez az ütem a világgazdaság újbóli belendülése ellenére sem akar feljebb menni. A jelenlegi irammal nem 11, hanem 20 évbe fog telni, míg újból ezerszeresére nő a teljesítmény.

Persze az, hogy a legnagyobb szuperszámítógép-teljesítmény hajszolása lassulni látszik, korántsem jelenti azt, hogy ezek a rendszerek elavulttá válnának, és már nem töltenének be fontos szerepet a tudományban. Egyértelműen szaporodnak azok a tudományterületek és kutatások, amelyek lételeme, hogy eszméletlenül nagy adattömbökön hajtsunk végre rettentően bonyolult, és legfőképpen nagyon időigényes számítási műveleteket elfogadható idő alatt. Ezek szuperszámítógépek nélkül az ember élettartamát is figyelembe véve megoldhatatlanok.

A koronavírus járványban a szuperszámítógépek igazán odatették magukat

Mindezt semmi sem világíthatta volna meg jobban, mint a koronavírus-világjárvány, és a gyógymód utáni globális kutatás. A modern gyógyszerkutatás már nem képzelhető el nagyon erős számítógépek nélkül, hiszen mielőtt akárcsak megszintetizálnának egy új molekulát, vagy kipróbálnák a vírus ellen valamely létező hatóanyagot, szimulációkat futtatnak, és azt remélik, hogy ez segít majd kiválasztani a temérdek jelölt közül azokat, amelyekkel valóban érdemes foglalkozni. Hiszen jelenleg mindene van az emberiségnek, csak ideje nincsen sok.

Ilyen hatalmas teljesítmény mellett már nem csupán a processzormagok száma és egyéni sebességük, hanem a közöttük lévő összeköttetés sebessége és a hőmérsékletük is nagyban befolyásolja a gép képességeit. A szuperkomputer beillene kazánnak is, a processzorok által termelt hőség pedig ezerféleképpen képes rontani az összteljesítményt. Így a fejlesztők egyik legfontosabb célja évtizedek óta, hogy a termelődő hővel kezdjenek valamit.

A Tianhe-1A kínai szuperkomputer, amely tíz évvel ezelőtt a világ leggyorsabb számítógépe volt, például 4 megawatt energiát fogyaszt, amely gyakorlatilag teljes egészében hővé alakul. A működés biztosítása érdekében tehát hűteni kell. A Tianhe esetében csak a hűtés kilowatt-óránként 10 dollárcentbe kerül, ami óránként 400 dollárt, évente pedig 3,5 millió dollárt jelent.

A kínai Tianhe-2 öt éve még a rekorder volt

A kínai Tianhe-2 öt éve még a rekorder volt

Az energiafogyasztás mérséklése ma már legalább olyan fontos, mint a flopsok számának növelése. Az IBM Summit szuperszámítógépe, amely két éve még a leggyorsabb volt a világon, egyben a világ harmadik leginkább energia-hatékony szuperkomputere is. Egy watt energia felhasználásával 14,7 gigaflops műveletre képes. A fejlődés e téren is látványos. 2008-ban az IBM Roadrunner gépe még csak 3,76 megaflopsra volt képes wattonként, ami a Summitnál négy nagyságrenddel rosszabb hatékonyság.

Az IBM Summit nevű gépe két éve vesztette el a világelső rangot

Az IBM Summit nevű gépe két éve vesztette el a világelső rangot

Ma nem lehet megmondani, hogy a kvantumszámítógépek mikor jutnak abba az állapotba, amikor már a gyakorlatban is széles körben lehessen őket használni. Ahogy azt sem lehet tudni, hogy milyen számítási feladatokra lesznek ténylegesen alkalmasak. Az azonban biztos, hogy még évtizedeknek kell eltelniük, mire esetleg elkezdhetjük temetni őket.

Cikk küldése e-mailben

Vélemény, hozzászólás?