Amálka je světová

11 Kvě

Ústav fyziky atmosféry Akademie věd ČR (ÚFA) prezentoval koncem dubna veřejnosti a současně uvedl do „ostrého“ provozu hyperrychlý počítač, který dostal velmi „netechnické“ a poetické jméno Amálka.

Jde o skutečně mimořádné „spřežení“. Systém, který realizovala česká firma SPRINX Systems, a. s., vznikl propojením 64 výkonných počítačů s procesory Intel® Xeon™. Jsou spojeny vysokorychlostní sítí s přenosovou kapacitou 1 Gb za sekundu. Bude určen pro náročné výpočty a numerické experimenty v rámci kosmického programu realizovaného v České republice. Výpočetní kapacita počítače Amálka nabízí obrovské možnosti. Umožňuje vytvořit například třídimenzionální numerický model planety Merkur a studovat jevy, ke kterým dochází během interakce jeho magnetického pole s tokem částic slunečního větru. Studium těchto procesů je užitečnou přípravou pro lety sond k této planetě plánované americkou kosmickou agenturou NASA na rok 2004/2005 a Evropskou kosmickou agenturou ESA na rok 2012 (jde o projekty Bepi – Colombo a Messenger). Zhruba v tomto duchu byla 21. dubna informována veřejnost.

Nejdřív tři počítače

Počítačovým „fajnšmekrům“ je celkem dobře známo, že Amálka fungující na principu paralelního počítání (tzv. Beowulfův počítač – viz rámeček na str. 23) nespadla z nebe a její současná verze má svou „pramáti“ někde v roce 1997. Nynější Amálka je již třetí generací. Tou první byl systém složený ze tří dvouprocesorových počítačů. Druhá generace měla osm dvouprocesorových computerů. Nynější Amálka ho mnohonásobně přerostla. Za Ústav fyziky atmosféry AV ČR je šéfem projektu paralelních počítačů Ing. Pavel Trávníček, PhD. (39), za SPRINX Systems, a. s., je koordinátorem Ing. Jiří Čáp (30). Sám však zdůrazňuje, že jde o týmové dílo odborníků z jeho firmy. „S Ústavem fyziky atmosféry AV ČR jsme začali spolupracovat zhruba v roce 1998. Naši partneři tehdy položili na stůl problém, jak zásadně zvýšit výkonnost počítače, s jehož pomocí by měli řešit výzkumné úkoly zadané v rámci spolupráce s Evropskou kosmickou agenturou (European Space Agency, ESA – pozn. red.). Těžištěm našeho řešení byl úspěšný projekt paralelního počítání známý pod názvem Beowulf, který hraje zcela zásadní roli v projektech americké NASA. Systém s osmi dvouprocesorovými počítači jsme realizovali v roce 1999, ovšem bylo velmi brzy jasné, že nebude stačit. Tak jsme se pustili do systému daleko většího. Zkoušeli jsme dokonce i čtyřprocesorové počítače, ale pak jsme se vrátili zpět k dvouprocesorovým, protože vývoj je velmi rychlý a dobře jsme ho sledovali,“ říká Jiří Čáp.

Nízké náklady

Počítač Amálka je tak schopen provádět podobné výpočty jako jiné superpočítače, přestože byl pořízen za zlomek jejich ceny. „Superpočítač Amálka je jeden z nejvýkonnějších paralelních počítačů v ČR, který byl navíc postaven za relativně nízké náklady. Výsledky našeho ústavu dokazují, že se můžeme dobře srovnávat s podobnými pracovišti v EU a na světě. Naše úspěchy při výzkumu bezesrážkového plazmatu nás těší stejně jako ocenění, které jsme za práci na tomto problému vloni dostali,“ říká RNDr. Jan Laštovička, DrSc., ředitel ÚFA AV ČR. „V současné podobě se jedná nikoli o 64 počítačů, ale o 96 se 192 procesory 2,4 GHz (1 GB RAM, 0,5 GB na procesor, 5 TB sdílený RAID diskový storage, dvě gigabitové sítě Ethernet, rack-mounted provedení, UPS, klimatizace – pozn. red.). Podle nám dostupných údajů je to nejvýkonnější systém v České republice. Ve světovém žebříčku superpočítačů TOP 500 bychom měli opět měli figurovat, tuším někde na 405. místě, nemýlím-li se. Amálka je prostě světová špička. Pokud jde o náklady, tak nejsem oprávněn je specifikovat. Ovšem lze prozradit, že jde o celkem běžně užívané počítače a náklady jsou řádově ve statisících dolarů, nikoli v milionech,“ dodává Jiří Čáp. Současné superpočítače CRAY nebo NEC jsou několikanásobně dražší. Dodání clusteru na platformě Linux na klíč (např. od DELL nebo HP) by bylo sedmkrát dražší než výroba ve SPRINX Systems.

Cesta nekončí

Ústav fyziky atmosféry AV ČR je velmi dobře integrovaný do systému mezinárodní vědecké spolupráce a jeho oddělení kosmické fyziky má velmi pozitivní výsledky při zkoumání jevů v oblasti bezesrážkového plazmatu. Například za numerické modelování vývoje tzv. Z-pinč nestability a následné porovnání výsledků numerického experimentu s měřením získaným během skutečného experimentu v plazmové komoře získal ústav medaili Oscara Bunemana na 18. mezinárodní konferenci numerického simulování plazmatu (ICNSP) a v Sea Crest v USA. Projekt Amálky byl realizován v rámci grantu ESA (Cluster II: data processing and simulation facility, numerical modelling and interpretation of wave observations). „Amálka je schopna vytvořit třírozměrný numerický model magnetického pole Merkuru, ale naším dlouhodobým cílem je vyvinout počítač, jímž lze nasimulovat magnetické pole Země,“ říká o další vizi Jiří Čáp. Současná Amálka řeší úlohu jeden až čtrnáct dnů, zabírá 12 m2, má 2500 m ethernetové kabeláže. Clustery tohoto typu jsou schopny řešit nejen vědecké výpočty a simulace, ale jsou vhodné i pro biolékařský výzkum, navrhování aerodynamiky letadel, modelování počasí a počítačovou animaci.

ÚFA a SPRINX

Ústav fyziky atmosféry vznikl 1. 1. 1964 a dnes patří mezi největší pracoviště zabývající se výzkumem kosmu v ČR. V roce 1994 se k ÚFA připojilo bývalé ionosférické oddělení Geofyzikálního ústavu AV ČR, čímž se oblast výzkumu rozšířila, a nyní zahrnuje celou atmosféru od mezní vrstvy po meziplanetární prostor. Společnost SPRINX Systems, a. s., je předním dodavatelem řešení v oblasti informačních systémů, intranetu a e-commerce aplikací budovaných na technologiích společnosti Microsoft®. SPRINX je držitelem exkluzivního certifikátu Microsoft® Gold Certified Partner for ecommerce. Mezi zákazníky společnosti patří mimo jiné BMW, Credit Suisse Life&Pensions nebo AMCICO. SPRINX Systems je rovněž autorem portálu ATLAS.


Co je Beowulf?

Pro literární historiky je Beowulf staroanglická báseň (z 8. století, zapsaná v 10. století), heroický epos o hrdinovi, který zbavil Dánské království mytických příšer a netvorů. Beowulf se stal dánským králem. Ve světě počítačů je Beowulf systém, který díky principu tzv. paralelizace může rozdělit práci na rozsáhlých výpočtech mezi prakticky neomezené množství procesorů, které mají běžný výkon. Beowulf vymysleli (a také ho pojmenovali) američtí počítačoví experti Donald Becker a Thomas Sterling koncem roku 1993. Nabídli ho jako ekonomičtější alternativu k velkým a drahým superpočítačům. První prototyp z roku 1994 se skládal ze 16xDX4 procesorů propojených kanálem Ethernet (10 Mb/s). Úspěch byl okamžitý a dodnes ho využívá NASA. Deset let ve vztahu v roce 2004 však znamená v počítačovém světě téměř prehistorii. Profesor Becker přepsal ovladače na Linux a udělal se svým týmem řadu změn. Například procesory byly příliš rychlé na jeden Ethernet, takže změnil provoz sítě na režim dvou či více Ethernetů. První systém Wiglaf byl umístěn v Goddardově kosmickém centru v Greenbeltu (Maryland) v roce 1996. S rozvojem hardware a zejména procesorů firmy Intel se výkon Beowulfů násobil, druhý model Hrothgar měl v roce 1997 více než čtyřnásobně větší výkon.

Autor: Pavel Skramlík

Leave a Reply