Ha az átlagember meghallja a szuperszámítógép szót, még ma is gyakran óriási, monolit berendezésekre gondol, amelyek nagy termek közepén vagy titkos pincék mélyén trónolnak, és technikusok hada sürög körülöttük. Hát igen, ez volt a helyzet 50–60 évvel ezelőtt – ma már egy közepes szupermasina is elfér egy szokványos szerverszobában, teljesítménye viszont meghaladja az emberi képzelőerőt.

 

Gridben a világegyetem

Az Európai Nukleáris Kutatóintézet, a CERN fél évszázaddal ezelőtti alapításakor azt a célt tűzte maga elé, hogy bővítse annak a mindössze négyszázaléknyi ismeretanyagnak a körét, amit az univerzumról jelenleg tud az emberiség. Ennek jegyében meg is épített egy korszerű részecskegyorsítót és a nagy hadronütköztetőt (LHC). Ám ennek a kozmikus ismeretbővítésnek még egy morzsája is évi 15 petabájt (15 millió gigabájt) mennyiségű adat feldolgozását és tárolását jelenti. Ez az irdatlan halmaz tehát ugyancsak gigantikus teljesítményű számítási kapacitást igényel.

A CERN ezt nem egy vagy két szuperkomputerre bízza, hanem szétosztja a glóbuszon, létrehozva a világ legnagyobb nemzetközi tudományos számítóhálózatát. Az egyébként a CERN-ben „feltalált” world wide webet használó griden másodpercenként 10 gigabites sebességgel száguldanak az adatok a végpontok között. A CERN, az LHC-ra és a gridre való felkészülés jegyében, még 2004-ben elkezdte korszerűsíteni informatikai infrastruktúráját. Az adatközponthoz több mint 6 ezer pc csatlakozik a helyszínen, továbbá vagy három tucat ország 140–150 intézetének mintegy 100 000 processzora dolgozik a részfeladatokon.

Igaz ugyan, hogy a nagy hadronütköztető detektoraiban keletkező évi 10–15 millió gigabájtnyi információ legnagyobb részére nincs szükség, hisz másodpercenként csak 100 ütközés adatait tárolják el a bekövetkező 40 millióból – de ez sem olyan kevés.

 

Japán sem maradhat le

A minél nagyobb teljesítményű szupergépek versenyében természetesen Japán sem maradhat le. Ennek eredményeként a Japán Atomenergia Ügynökség (JAEA) a Fujitsuval karöltve kifejlesztette az ország legnagyobb teljesítményű szupermasináját. A csúcsgépet az ágazaton belül elsősorban a fúziókutatásban, generációs fejlesztésekben, illetve szimulációkhoz akarják használni a japán kutatók. Teljesítménye 186,1 teraflop másodpercenként (1 teraflop egymilliárd lebegőpontos műveletet jelent). Mindezt a Fujitsu Primergy BX900 pengeszervere 4268 processzorának 17 072 magjából hozzák ki.

Ez a teljesítmény nem kevés ugyan, de nem is sok: a szuperszámítógépeket rangsoroló ötszázas világlistán csak a 19. helyre elég. A következő, új generációs csodamasina talán majd előrébb rukkol, annak a teljesítményét ugyanis 10 petaflopra tervezik, azaz ötször gyorsabbra a világ jelenleg leggyorsabb szupergépénél.

Szuperszámítógépek nélkül egyetlen modern ország sem lehet meg, így Magyarország sem. Csak éppen nálunk a lehetőségeket elsősorban a pénztárca vastagsága (vékonysága), nem az elvégzendő feladat befolyásolja. Hiába no, nagy ország – petaflop, kis ország – giga-, jó esetben teraflop. Panaszra azért nincs ok, a nagy számításigényű területek központi apanázsból, illetve európai uniós pénzekből megkapják a maguk szupergépét.

 

Időjárásfüggően

Az egyik rendkívül nagy számítási igényű tudomány a meteorológia. A korszerű, megbízható előrejelzésekhez a számítástechnika folyamatos fejlesztése szükséges, hiszen egyre növekszik a mért és modellezett adatok térbeli és időbeli felbontása, a tárolandó adatok mennyisége.

Ahhoz, hogy megbízható előrejelzéseket lehessen készíteni, az informatikai rendszereket naprakészen kell tartani, valamint folyamatosan kell fejleszteni, karbantartani – világít rá a szükségszerűségekre Tölgyesi László, az Országos Meteorológiai Szolgálat (OMSZ) távközlési és informatikai főosztályának vezetője.

A szolgálatnál futtatott különféle modellek határozzák meg a nagyszámítógépek számítási és tárolókapacitás-igényeit. A numerikus modellek programjai külön nagy megbízhatóságú szuperszámítógépeken futnak, a központi folyamatirányítás és az adatbázis pedig fürtözött (klaszter) szervereken működik. Az OMSZ informatikai rendszere számítási kapacitásban nemhogy az ország, de a térség informatikai rendszereinek is az élvonalába tartozik, ám a globális középtávú előrejelzések készítéséhez sokkal nagyobb szuperszámítógép-park kell, amilyet még a legnagyobb országok közül sem mindegyik engedhet meg magának.

De azért nincs ok panaszra, az OMSZ számítási kapacitása folyamatosan bővül. Az intézmény legutóbb – idén februárban – a Környezet és energia operatív program „Magyarország kistérségi időjárási veszélyjelző és riasztó rendszerének kiépítése és üzemeltetése” című pályázatának keretében kapott nagyszámítógépet, mégpedig egy IBM System x iDataPlex dx360 M2 fürtszervert.

Az IBM-klaszter összesen 280 processzort és 1120 processzormagot tartalmaz, csúcsteljesítménye 14 teraflops (14 ezer milliárd művelet másodpercenként), amelyet nagyobb tér- és időbeli modellfuttatásokra, valamint a szakmai módszertani fejlesztések segítségével a riasztások beválásának, megbízhatóságnak növelésére, a feleslegesen kiadott riasztások számának csökkentésére használnak a hazai meteorológusok.

Az új rendszerrel lehetővé válik továbbá, hogy Magyarország valamennyi kistérségére 1–3 órára előre objektív időjárási veszélyjelzést adjanak ki, amely tartalmazza a várható legerősebb széllökés erősségét, a várható kritikus csapadék mennyiségét, jégeső vagy ónos eső előfordulását. Ide tartozik az érintett területekre történő speciális riasztások kiadása, az úgynevezett hirtelen kialakuló lokális árvizek pusztító hatásainak csökkentésére. A riasztások minden 15 percben frissülnek.

A rendszer 6–12 órára előre figyelmeztető jelzést is ad minden kistérség számára, ez magában foglalja a fenti veszélyhelyzetek előfordulásának lehetőségét. A figyelmeztetések naponta négy alkalommal frissülnek.

Az elsődleges szakértői becslések szerint az új szuperszámítógép tizennyolcszor gyorsabb a jelenleg használt 200 processzoros konfigurációnál. Más szavakkal: az a numerikus előrejelzési modell, amely a régi gépen egy óra alatt futott le, az új komputeren várhatóan 3–4 perc alatt megy végbe.

 

Tudomány és felsőoktatás

A hazai tudományos kutatás és felsőoktatás céljait szolgálja a Nemzeti Információs Infrastruktúra Fejlesztési Intézet (NIIFI) számítógépközpontjában üzemeltetett 148 processzoros szuperszámítógép, amely hazánkban elsőként kezdett szolgálni ilyen feladatokat – magyarázza Máray Tamás, a NIIFI műszaki igazgatója. A berendezés a nagy sebességű felsőoktatási, kutatási és közgyűjteményi hálózat gerincvonalainak csomópontjában található, így hozzáférhetősége Budapestről és a vidéki regionális központokból egyformán jó.

A 2001-ben elindított szuperszámítógép-szolgáltatás üzemeltetésének célja az extrém nagy számítási teljesítményt igénylő tudományos kutatások informatikai hátterének biztosítása. A szuperszámítógép jelenlegi teljesítménye meghaladja a 300 gigaflop (másodpercenként 300 milliárd művelet) értéket, és ez a felhasználói igények növekedésével párhuzamosan évről évre tovább bővül. A gépen megtalálhatók és futtathatók a legkorszerűbb fejlesztőeszközök és alkalmazások. Ezeket az erőforrásokat több mint 60 tudományos kutatási projektben használják a kutatók, szerte az ország egész területéről, továbbá a NIIF ClusterGrid projekt 1200 processzoros országos rendszerének teljesítményével kiegészülve lehetővé válik a hazánkban jelentkező összes jelentős számítási igény kielégítése.

A szuperszámítógép két Sun Fire 15000 és egy Sun Fire 480R gépből áll. A két SunFire 15k szerver egyenként 72 darab
US-III+ 1200 megahertzes processzort és 164 gigabájt memóriát, a SunFire 480R szerver 4 darab US-III+ 900 megahertzes processzort és 8 gigabájt memóriát tartalmaz. A rendszer négy, 100 megabites hálózati interfésszel kapcsolódik a gerinchálózatra.

A szuperszámítógépet távolról, a hálózaton keresztül lehet elérni bármely kliensszámítógépről, alfanumerikus vagy grafikus terminál, terminálemuláció, valamint biztonságos kapcsolatot lehetővé tevő protokollok felhasználásával. A szuperszámítógépet azonban csak azok használhatják, akik érvényes témaszám birtokában vannak, s akkor is csak a témában megjelölt feladatokra lehet használni a kapott kvóták keretein belül.

A szuperszámítógép erőforrásai korlátozottak. Az alapvető cél az, hogy mindenki hozzájusson a számára szükséges kapacitáshoz. Amennyiben egy adott pillanatban az igények meghaladják a rendelkezésre álló kapacitást, a felhasználható kvóták és az egyes projektekhez rendelt prioritások alapján osztják fel az erőforrásokat.

 

Genetikailag kódolva

A fejlett világban már évek óta folynak szuperszámítógépekkel támogatott genetikai kutatások, amelyek célja az, hogy meghatározzák az emberiséget sújtó betegségek okait és azok gyógymódjait. A kutatókszámára a betegségeket kiváltó, génállományon belüli különbségek és változások felfedezése a legfontosabb feladat. Ez azonban olyan méretű, hogy azzal csak a több száz, ezer, esetenként több tízezer processzort tartalmazó szuperszámítógépek képesek hatékonyan megbirkózni.

A Nemzeti Kutatási és Technológiai Hivatal támogatásával 2009 elején indult, genetikai és rendszerbiológiai kutatásokkal foglalkozó, 4 éves futamidejű Genagrid konzorcium szuperszámítógépét, egy SGI Altix ICE masinát az MTA KFKI Részecske- és Magfizikai Kutatóintézet üzemelteti. A rendszer kapacitását elsősorban az asztma, az allergia és a leukémia genomikai kutatására fordítják, de más magyarországi kutatási projektek adatelemzését is segíti. A konzorcium tagjai (BME Méréstechnika és Információs Rendszerek Tanszék, Csertex Kft., MTA KFKI Részecske- és Magfizikai Kutatóintézet, Semmelweis Egyetem – Genetikai, Sejt- és Immunbiológiai Intézet, Silicon Computers Kft.) mellett a projektet más is használhatja. A fő felhasználók a magyarországi és nemzetközi kutatók, illetve biotechnológiai, diagnosztikai és gyógyszeripari vállalatok.

Temesi Tibor, a Silicon Graphics hazai kereskedelmi igazgatója szerint a szuperszámítógéppel a hazai orvosbiológiai kutatás itthon eddig elérhetetlennek látszó számítási teljesítményhez jutott, egyetlen kutatási cél elérése érdekében. A megállapításnak van némi alapja, ugyanis az SGI által szállított Altix ICE fürt összesen 512 nagy teljesítményű, 3 gigahertzes órajelű Intel Xeon 5365 processzormaggal, valamint 1 terabájt memóriával rendelkezik, s másodpercenként 6,5 teraflops teljesítményre képes.

A szupergép a blade-kivitelnek köszönhetően nem is nagy: a 64 darab kétfoglalatos pengeszervernek helyet adó ház nem haladja meg egy kisebb beépített gardróbszekrény méreteit. A hatalmas számítási teljesítmény zöld technológiákkal párosul, például a vízhűtéses ajtókkal kialakított hűtési rendszere 30–40 százalékkal hatékonyabb a hagyományos léghűtéshez képest, és a gép által termelt hőmennyiségnek mindössze 5 százaléka terheli a számítógépterem légkondicionáló rendszerét.

A humán genom – örökítő anyag – feltérképezésének egyik legközvetlenebb célja annak a megismerése, hogy milyen betegségekre vagyunk hajlamosak, vagy hogyan reagálunk a különböző gyógyszerekre – mutat rá Szalai Csaba, a Csertex Kft. és az MTA-SE Molekuláris Immunológiai Kutatócsoportjának tudományos főmunkatársa. Mindezeket döntően befolyásolják a genomunkban található variációk.

Az elmúlt években ugrásszerűen fejlődtek azok a módszerek, amelyekkel meg tudjuk határozni genetikai variációinkat. A jelenleg kapható génchipekkel akár 1,8 millió variációhoz is elegendő egyetlen mérés. Hasonló technológiai áttörés tapasztalható az úgynevezett dns-szekvenálásban, amellyel az emberi örökítő anyagot felépítő 3,2 milliárd nukleotidot lehet meghatározni. Ezekből az adatokból látszik, hogy az olyan tudományos vizsgálatokban, amelyek a fenti kérdésekre keresnek választ, óriási adatmennyiség keletkezik. Ennek a sokszor több milliárd adatpontnak az elemzéséhez új, nagy teljesítményű számítógépek és új módszerek szükségesek.

A bioinformatika különleges értéke továbbá az in silico (komputerrel végzett) megközelítés, azaz a nemzetközi adatbázisokhoz kapcsolódó számítógépes munka, ahol a laboratóriumi munkától elkülönülten is végezhető korszerű, kreatív, ’génhalászaton’ alapuló genomikai kutatás – mutatott rá a szupergép jelentőségére Falus András, a Semmelweis Egyetem Genetikai, Sejt- és Immunbiológiai Intézetének igazgatója is.