Amikor azt mondjuk, szuperszámítógép, az ember automatikusan valami óriási gépre asszociál, ami az összes többi felett áll. Nos, ez csak az ember vizuális mivoltának eredménye: azonnal önkéntelenül el akarjuk képzelni azt, amiről beszélünk. Bár a szuperszámítógépek valóban óriási méretűek, nem ebben rejlik az igazi nagyságuk, hanem abban, amit nyújtani tudnak az emberiségnek.

Mi is az a szuperszámítógép?

A szuperszámítógépek olyan rendszerek, melyek kivételesen nagy memóriával és számítási kapacitással rendelkeznek. Olyan területeken használják őket, mint az hadviselés, űrkutatás, gyógyszerkutatás, illetve az időjárás. Egytől egyig olyanok, ahol nagyon sok a lehetséges kombináció, és mindegyik variáns hatásait elemezni kell – ez az, amihez a különlegesen nagy kapacitásra (és igen, jó sok helyre is) szükség van.

A szuperszámítógépek képességeinek jó hasznát veszik még katonai szimulációknál, genetikai számításoknál, ipari modellszámításoknál.

A gyakorlatban ezt úgy kell elképzelni, hogy ahelyett, hogy elvégeznének rengeteg valódi kísérletet a különböző ágazatok kutatói, a megfelelő szoftver betáplálása után a gép szépen kiszámítja a lehetséges eredményeket, és még azt is elemzi, hogy melyik mekkora valószínűséggel következik be. Persze ez így nagyon leegyszerűsített magyarázat, de lényegében erről van szó.

A szuperszámítógépek így rengeteg energiát, pénzt, és ami sokszor talán még fontosabb, időt takarítanak meg. Még akkor is, ha egyes számítások akár hónapokig is futhatnak.

A világ legszuperebb szuperszámítógépe

A közelmúltig a világ legnagyobb teljesítményre képes szuperszámítógépével az Egyesült Államok büszkélkedhetett. Az IBM és az NVidia házasságából született gép a Summit nevet viseli, és másodpercenként kb. 148 ezer billió számítást képes elvégezni – ez a szám annyira felfoghatatlanul magas, hogy az átlagember mennyiségtudatán bőven kívül esik. A Summit 4608 szerverrel és több mint 10 petabyte memóriával rendelkezik. Cúcsteljesítménye 200 petaFLOPS. A Tennessee-beli Oak Ridge Nemzeti Laboratóriumban (ORNL) állították fel. Megalkotásának elsődleges célja, hogy segédkezzen asztrofizikai és rákkutatásokban, valamint rendszerbiológiai feladatokban.

2020. júniusában azonban a japánok ezt a rekordot megdöntötték, ugyanis működésbe helyezték a Fugaku nevű szuperszámítógépet, amit a RIKEN és a Fujitsu fejlesztett ki. A Fugaku közel 7,3 millió maggal, 4752 TB memóriával és 415,5 petaFLOPS sebességgel dicsekedhet, amivel messze felülmúlja az előző csúcstartót. Ez az első rangsorolt ​​rendszer, amelyet ARM processzorokból épült.

A Fugakut több célra is tervezik használni, ezek közé tartozik a gyógyszerek felfedezése, a személyre szabott orvoslás, az időjárás és a klíma előrejelzése, a tiszta energia fejlesztése és az univerzum alapvető törvényeinek feltárása. Jelenleg kísérleti alapon használják a COVID-19 kutatásához is. A rendszer teljes kapacitását 2021 áprilisában éri el.

Magyarországon is vannak ilyenek?

Vannak bizony, hiszen itt is nagyon színvonalas kutatások futnak, amikhez kiválóan ki tudják használni a kutatók a szuperszámítógépek adottságait. Magyarországon jelenleg 5 + 1 ismert szuperszámítógép van üzemben.

Igaz, ezek azért nem tartoznak a legnagyobbak közé. Még a leggyorsabb magyar gép, a debreceni is „csak” 0,38 petaFLOPS teljesítményre képes – az említett világklasszis 415,5 petaFLOPS-os gépszörny után ez nem tűnik túl jelentősnek, de nyugodtan elhihetjük, hogy igenis az. Ez a kicsinek látszó szám is elképzelhetetlenül óriási teljesítményt takar. Emellett van Pécsett, Budapesten, Miskolcon és Szegeden is egy-egy installáció.

Az Országos Meteorológiai Szolgálat (OMSZ) birtokában is van egy szuperszámítógép, ami az Apollo nevet viseli. A szuperszámítógépnek köszönhetően az előrejelzések még pontosabbak lehettek, ezáltal pedig nagyrészt megelőzhetőek az olyan problémák, mint például egy nagyobb jégeső okozta károk a mezőgazdaságban. A gyors számításoknak hála, pontosabb láthatjuk, milyen időjárási viszonyokra számíthatunk, így pedig hatékonyabbak tudnak lenni a kiadott figyelmeztetések, riasztások is. A gépnek hála az addigi kevésbé részletes számításokat manapság már akár településenként is megismerhetjük.

Ilyen nekem is kell!

Nem hibáztatunk, ha az előzőek alapján úgy gondolod, a Te mindennapi gondjaid, kérdéseid megoldásához is jól jönne egy szuperszámítógép, de sajnos ki kell ábrándítsunk: ezekhez nem juthat hozzá csak úgy az ember, és a fenntartásuk sem egyszerű.

Egyrészt azért nem, mert nem éppen filléres tételek – több százmilliós nagyságrendű kiadásról beszélünk a magyar gépek esetében is Ft-ban, a nemzetközi listavezető Fugaku project pedig 1,2 milliárd dollárt nyel el , amit nyilvánvalóan nem húz az ember elő csak úgy a farzsebéből. Ha viszont véletlenül mégiscsak ki tudná egy magánszemély fizetni egy szuperszámítógép árát, akkor is számolnia kell még a fenntartási költségekkel, ami szintén nem elhanyagolható tétel, ugyanis óriási mennyiségű energiát fogyasztanak ezek a rendszerek.

A jelenlegi csúcstartó Fugaku adatait figyelembe véve nem nehéz kiszámolni, hogy nagyjából mennyibe kerülne naponta a szuperszámítógép áramfogyasztása. A rendszer 28,334.50 kW áramot fogyaszt óránként, amit, ha beszorzunk a nap 24 órájával, majd egy átlagos 40 ft/kW árral, könnyen megkapjuk, hogy nagyjából 27 200 640 forintba kerül napi szinten! Ha ezt még felszorozzuk 30-cal, akkor kijön, hogy havonta nagyjából 816 millió forint ennek a gépnek a fenntartása – már ami az áramot illeti. Nos, többek között ezért sincs mindenkinek szuperszámítógépe, bár tény, hogy ilyen fogyasztásra biztosan kapna a tulajdonos elég nagy kedvezményt.

Ki és hogyan férhet hozzá hazánkban a szupergépekhez?

Mivel egy hihetetlenül drága csúcstechnológiáról van szó, nyilvánvaló, hogy nem használhatja akárki akármire. Megvannak a felhasználás feltételei és szabályai, amit szigorúan be is kell tartani.

A szuperszámítógép-rendszerhez akadémiai körből férhetnek hozzá, de még ezen belül is azok, akik a KIFÜ (Kormányzati Informatikai Fejlesztési Ügynökség) tagintézményeihez tartoznak, legalábbis alapesetben. Vannak azonban olyan helyzetek, amikor „külsősök” számára is engedélyezett a hozzáférés, például amikor egy KIFÜ tagintézmény együttműködik egy másik intézménnyel, vagy egy különösen nagy horderejű kutatásról van szó. Ilyen esetekben azonban mindig külön engedélyre van szükség a KIFÜ vezetésétől.

A szuperszámítógép rendszerei a KIFÜ központban, illetve a regionális központokban üzemelnek. Igénybe lehet őket venni távolról, a hálózaton keresztül, tetszőleges kliens számítógépről. Mivel a hálózati kapcsolódás kiváló, a rendszert a gerinchálózat bármelyik pontjáról nagy sebességgel el lehet érni. Az sem jelent gondot, ha nagy mennyiségű adatot szeretnének a felhasználók továbbítani.

Ahhoz, hogy a hozzáférést engedélyezzék az illetékesek, témaszámokra is szükség lesz, amit az üzemeltető ad ki igénylést követően. Az igényléshez egy kérdőív kitöltésére van szükség, az ebben szereplő kérdésekre adott válaszok alapján bírálják el a kérelmet. Ha az elbírálás pozitív, kiadják a témaszámot, ami egyéni, és nem lehet másra átruházni.

Ezzel a számmal lehet használni a szuperszámítógépet, de csak azokra a feladatokra, amiket az igényléskor megjelölt az igénylő. Az elbíráláskor adnak egy kvótát is, hogy mennyi ideig foglalhatjuk le a szupergép kapacitását – ennek keretein belül van lehetőség a műveletek elvégzésére.

Az érintett projektek állásáról, eredményeiről rendszeresen be kell számolni a KIFÜ-nek, évente legalább egy rövid összegzés formájában.  

Mitől függ, hogy kinek mennyi kvóta jut?

Nyilvánvaló, hogy még a szuperszámítógépeket se lehet korlátlanul használni, hiszen végesek az erőforrásai. Éppen ezért van szigorúan szabályozva, hogy ki és milyen projektekre alkalmazhatja. Egyértelműen az a cél, hogy minden olyan kutatáshoz rendelkezésre álljon, amikhez valóban szükség van rá.

Addig nincs gond, amíg nincs teljesen kihasználva egy gép kapacitása, de ha igen, vagy legalábbis közelítünk ehhez, akkor lépnek be a képbe a kvóták, illetve priorizálják is a projekteket. A szuperszámítógépek használata egyébként alapvetően ingyenes a jogosult felhasználók számára, de a szabályokat mindenki érdekében be kell tartani, hogy minden igazán fontos munkában segíthessenek.

Szuperszámítógépekkel a koronavírus ellen

És hogy egy gyakorlati példát is hozzunk a szuperszámítógépek felhasználására: jelenleg éppen a koronavírus fehérjeszerkezetének és mozgásának modellezésén dolgoznak a technológia segítségével. A kutatás a Stanfordi Egyetem neve alatt fut, de világméretű összefogásról van szó, amihez számos ország csatlakozott, így Magyarország is.

A magyar szuperszámítógép-kapacitás felajánlásával a nemzetközi hátterű, nyílt közösségi kezdeményezés, a folding@home céljainak eléréséhez járulunk hozzá. Ettől függetlenül természetesen magyar szakemberek számára is nyitott a lehetőség, hogy a járvány megállításával kapcsolatos kutatásaikhoz felhasználják a szupergépben rejlő lehetőségeket.

A szóban forgó gép a SuperDome, ami eredetileg a Földmegfigyelési Információs Rendszer (FIR) projektjét szolgálja. Most azonban a COVID-19 elleni védekezés előnyt élvez gyakorlatilag minden mással szemben, a szuperszámítógépek pedig nagymértékben meg tudják gyorsítani a munkát. A védekezés érdekében természetesen soron kívül bocsátják rendelkezésre a SuperDome kapacitását, ami egyébként azóta meg is kezdte a munkát.

Olyan molekuladinamikai számítási feladatokat végez el, amelyek segítségével a kutatók a SARS COVID-19 fehérjebontó enzimjeihez keresnek kisméretű inhibitort, ami a vegyi folyamatok lefolyását gátló anyag. Teszi mindezt 30 ezer milliárd matematikai művelet/másodperc sebességgel.

Lendület a tudománynak

A szuperszámítógépek tehát valóban nagypályások, és nem csak a méretük miatt. Olyan sebességgel képesek dolgozni, amivel hatalmas lendületet adnak a tudományos világ munkáinak, aktívan hozzájárulva ezzel a folyamatos fejlődéshez. Mivel Magyarországon működhet több ilyen gép is, a magyar tudósok is részesülhetnek abban az előnyben, amit ezek a számítógépek nyújtanak.

A szupergépek terén is folyamatos az előrelépés, egyre nagyobb és nagyobb kapacitással bírnak, mind jobb másodpercenkénti teljesítmény mellett. Bár a jelenlegi számok is szinte felfoghatatlanok, bőven van még lehetőség ezen a piacon is.