Kde se to zastaví? Superpočítače zrychlují a ženou nás kupředu
Superpočítače jsou výpočetní stroje s řádově vyšším výkonem než běžné „stolní“ počítače. Od 60. let, kdy se zrodily, počítají náročné vědecké úlohy, jejichž řešení nám jako lidstvu pomáhá se posouvat vpřed. Výkon superpočítačů stále rychle roste, každé dva roky se zhruba zdvojnásobí. I Česko má své superpočítače, které se podílejí na špičkovém výzkumu a vývoji.
Co je to superpočítač, není vlastně úplně jednoduché definovat. Nebo spíš není snadné určit hranici, co superpočítač ještě není a co už je. „Je tu ovšem vodítko. Existuje žebříček TOP500, který obsahuje seznam nejvýkonnějších superpočítačů na světě. Kdo v něm je, může rozhodně tvrdit, že provozuje superpočítač,“ říká Vít Vondrák, ředitel národního superpočítačového centra IT4Innovations, které je součástí Vysoké školy báňské – Technické univerzity Ostrava.
Výkon superpočítačů se měří v takzvaných flopech, tedy počtu aritmetických (sčítání, odčítání, násobení, dělení) operací s čísly s pohyblivou desetinnou čárkou za sekundu. Dva nejvýkonnější superpočítače na světě už překonaly hranici výkonu 1 exaflop, tedy deset na osmnáctou (miliarda miliard) operací za sekundu. Výkon těch dalších v žebříčku se měří na jednotky až stovky petaflopů (deset na patnáctou).
Jde o výpočty v takzvané dvojnásobné přesnosti, která se obvykle pro vědecké úkoly používá. Výkon se měří pomocí specializovaného LINPACK Benchmarku.
Nejen ve vědě a výzkumu
Superpočítače se typicky používají k extrémně náročným výpočtům ve výzkumu a vývoji. Převažuje použití v akademické sféře, ale posilují i soukromé subjekty. „Zkoumal jsem to a v první stovce žebříčku TOP500 je už 32 superpočítačů soukromých subjektů, jejich podíl tedy sílí,“ přidává Vondrák postřeh.
Většina superpočítačů ale zůstává na univerzitách nebo v jiných vědeckých a výzkumných institucích.
V Česku je to podobné. V žebříčku TOP500 je sice na 112. místě nejvýkonnějším českým superpočítačem ten v automobilce Škoda Auto, jen kousek za ním, na 135. místě, je ovšem ostravský superpočítač Karolina. „Náš superpočítač ale v žebříčku figuruje dvakrát, jeho druhá část je na 337. místě. Benchmark bohužel nedovoluje sčítání výsledků, ale celkově bychom byli někde kolem sté pozice,“ komentuje Vondrák výkon tohoto superpočítače.
Česko je na tom tedy z hlediska dostupného výkonu superpočítačů vlastně poměrně dobře. „Navíc můžeme využívat část kapacity evropského superpočítače LUMI, jenž je umístěn ve Finsku, ale Česko má v tomto konsorciu podíl,“ vysvětluje Vondrák.
Podle něj tento podíl zajišťuje, že mají výzkumníci k dispozici zhruba výkon dalšího superpočítače Karolina.
Konkrétní využití superpočítačů se různí. Zatímco Škoda Auto využívá svůj superpočítač třeba k náročným virtuálním testům aerodynamiky, v Ostravě podle Vondráka dominují výpočty z oblastí materiálových věd a biověd. „Silná je u nás výpočetní chemie, oblast návrhu nových materiálů jako třeba simulace grafenových materiálů, patříme ke špičce ve vývoji nových léků,“ zmiňuje ředitel superpočítačového centra.
Způsobů využití je ale spousta. Ropné společnosti, kterým patří jedny z nejvýkonnějších soukromých superpočítačů na světě, je například využívají k analýze a vyhledávání nových ložisek ropy.
Myslí někdo na udržitelnost?
Důležitou otázkou týkající se superpočítačů je také energetická efektivita. „Zdesetinásobit výkon tím, že postavíme počítač s desetkrát větší spotřebou, by bylo snadné, ale pro nás vlastně nepřípustné,“ míní Vondrák. Vysoká spotřeba superpočítačů se však podle něj vrátí – mimo jiné i proto, že právě superpočítače se podílejí na výpočtech v oblastech nových a obnovitelných energií a pomáhají tak s rozvojem udržitelné energetiky. Mimochodem je dnes poměrně obvyklé, že se odpadní teplo, které superpočítače produkují, využívá k vytápění budov. Je tomu tak i v Ostravě.
Sílícím trendem je nasazení superpočítačů v oblasti umělé inteligence a strojového učení. Superpočítače lze využít například k rychlému natrénování modelů umělé inteligence. Proto například roste poptávka po superpočítačích, které využívají k výpočtům i výkonné grafické karty, nejen klasické procesory. Takovým superpočítačem je právě i hlavní (výkonnější) část ostravské Karoliny.
Výkonově samozřejmě superpočítače zastarávají. V Ostravě už proto plánují, že v roce 2026 Karolinu nahradí. A dívají se i na možnosti v oblasti kvantových počítačů. „Vidíme budoucnost především v hybridním využívání, tedy část vhodných výpočtů může řešit kvantový počítač, část klasický superpočítač,“ nastiňuje Vondrák budoucí cestu, která má české superpočítače udržet v kontaktu se špičkou.
Špičkové superpočítače jsou podle Vondráka také čím dál častěji propojeny s cloudem. Běžný pronájem výkonu v cloudu ale neznamená, že by si zákazník pronajímal superpočítač. Cloud je určen k úlohám a operacím, kdy není třeba extrémní výkon a uživatele například tolik netlačí čas. Část výpočtů lze tedy v některých případech skrze cloudové služby přenechat superpočítačům, zákazník za to ale vždy patřičně zaplatí.
