margin-top: 125px; border: 1px solid gray; } -->

Jak dnes vypadá světový trh se superpočítači

Vojtěch Mádr , 12. březen 2013 08:00 2 komentářů
 Jak dnes vypadá světový trh se superpočítači

Jen málokteré odvětví IT prodělalo za poslední roky tak výrazný vývoj, jako vysoce specializovaný obor superpočítačů. Není ostatně divu, superpočítače táhnou celé odvětví a nové objevené technologie postupně přepadávají níže a níže, až se s nimi nakonec můžeme setkat i obyčejných x86 a ARM serverů pro běžnou komerci. Proč se ale vůbec dnes v době prohlubující se recese, která mává s technologickým trhem, do tak nákladného podnikání jakým jsou superpočítače pouští?

Svoji roli zde hraje více faktorů, na úrovni států zejména prestiž, na úrovni firem se k prestiži přidává možnost kontrolovat významnou část technologického trhu. V neposlední řadě jsou zde marže, o kterých se v místech, kde se servery prodávají jako obyčejná komodita, nemůže snad ani snít.

Definice a trocha historie

 Superpočítač CDC 6600 zvládal ve své době úctyhodné 3 miliony instrukcí za vteřinu
Superpočítač CDC 6600 zvládal ve své době úctyhodné 3 miliony instrukcí za vteřinu
Superpočítač bychom mohli charakterizovat jako počítač s mimořádným výkonem, který svým výkonem převyšuje osobní počítač v dané době minimálně o několik řádů (zpravidla 1000 x a více), existuje také situace, kdy je výkonu dosahováno propojením více škálovatelných osobních počítačů do tzv. „clusterů“ pomocí počítačové sítě. Proces vzniku superpočítače je trochu obtížné nějak jednoduše uchopit. Kdybychom to hodně zjednodušili, jedná se vlastně o kontinuální základní i aplikovaný výzkum a každý komerčně dodaný „nový“ superpočítač je vlastně originální výrobek nebo, chcete li, prototyp.

Jako „otec“ superpočítačů je uváděn Seymour Cray (zakladatel firmy Cray), který pro firmu CDC (Control Date Corporation) sestavil v roce 1964 počítač CDC 6600 s výkonem 500 KiloFlopů. Ten je rovněž uváděn, jako historicky první superpočítač i když z dnešnío pohledu může jeho výkon působit spíše směšně. CDC 6600 dosahoval výkonu 500 KFLOPS, což je z dnešního pohledu doslova nicotné, stačí porovnat se současnými osobními počítači (notebooky, PC, ale i obecně slabšími tablety), nebo dokonce mobilními telefony, jejichž výkon se dnes pohybuje v GigaFlops.

Cray 1 (1976)
Cray 1 (1976)

Jak již jsme zmínili, výkon superpočítačů se uvádí v tzv. Flopech (FLOPS) – Floating-point Operations Per Second) neboli počet operací v plovoucí řadové čárce za sekundu. Jinými slovy; počet instrukcí za sekundu). Protože jejich výkon je enormní, používají se předpony dle soustavy SI:

  • MEGA 106 (milión)
  • GIGA 109 (miliarda)
  • TERA 1012 (bilión)
  • PETA 1015 (biliarda)
  • EXA 1018 (trilión)
  • ZETTA 1021 (triliarda)

Jakým doslova exponenciálním vývojem prošel vývoj superpočítačů, resp. jejich výkon, ilustrují následující milníky:

  • výkonová hranice MegaFlops - překonaná v roce 1968 (1,7 MFLOPS - CDC 7600)
  • výkonová hranice GigaFlops - překonána v roce 1985 (1,9 GFLOPS – CRAY 2)
  • výkonová hranice TeraFlops - překonána v roce 2000 (1,3 TFLOPS – ASCI Red Intel)
  • hranice PetaFlops - překonána v roce 2008 (1,024 PFLOPS – Blue Gene IBM)
  • a konečně v roce 2012 padla výkonová hranice 17,59 PFLOPS – Cray Titan)

IBM Blue Gene/P superpočítač univerzity v Chicagu
IBM Blue Gene/P superpočítač univerzity v Chicagu
 Na grafických jádrech od nVidie vyrenderovaný Cray Titan, který je zatím stále ještě světová jednička mezi současnými SP.
Na grafických jádrech od nVidie vyrenderovaný Cray Titan, který je zatím stále ještě světová jednička mezi současnými SP.

Dle dlouhodobého trendu, který je podpořen i prohlášeními relevantních organizací států, které jsou v popředí vývoje na poli superpočítačů, ale i předních firem (např.Cray), se předpokládá, že hranice EXAFLOPS bude překonána před rokem 2020 a hranice ZETTAFLOPS okolo roku 2030.

Superpočítače v Česku

Pokud se týká postavení České republiky na poli superpočítačů, patříme sportovní terminologií do „druhé“ ligy. Doposud nejvýkonnější superpočítač s výkonem 6,38 TFLOPS slouží v Ústavu fyziky atmosféry AV ČR v Praze. Velkým kvalitativním, ale převážně kvantitativním skokem bylo založení Národního superpočítačového centra při Technické univerzitě Ostrava v roce 2009, které za peníze EU staví 2 superpočítače; Malý klastr a Velký klastr. Malý klastr bude uveden do provozu v květnu 2013 a bude mít výkon řádově ve stovkách TFLOPS. Pro ČR bude mít velký význam, až bude uveden do provozu tzv. Velký klastr s výkonem 2,507 PFLOPS. Tímto výkonem se tento superpočítač zařadí mezi 100 nejvýkonnějších na světě a ČR postoupí do „první“ ligy.

Praktické využití

Protože u superpočítačů nejde jen o snahu dosáhnout co největšího výkonu, ale jedná se o nákladný prostředek úzce spojený s vědou a výzkumem, takže i jeho využívání je vysoce specializované. V zásadě jde o tyto základní formy využití:

  • Fyzika + Fyzika atmosféry (kvantová fyzika, předpověď počasí)
  • Biologie + Chemie (výzkum genomů, modely organických sloučenin, molekulární dynamika)
  • Praktické využití ( řešení dopravních situací, kosmonautika, modelace různých procesů)
  • Vojenské využití ( kryptoanalýzy-šifry, simulace jaderných výbuchů a bojových akcí, špionážní úkoly)

Široké veřejnosti – dokonce sportovní, tudíž vysoce populární, je znám, šachový souboj mezi superpočítačem Deep Blue a tehdejším mistrem světa v šachu Kasparovem.

Umělá inteligence nesmí mít příliš vysoké energetické nároky

Je zapotřebí ještě připomenout, že realizace „superpočítače“ není jen záležitostí hardwaru a softwaru, ale jde o realizaci funkčního systému. Tudíž musí být postaveno centrum „továrna“, která má svůj „input“ tj. např. energetickou potřebu – u dnešních systémů jde o „malou“ elektrárnu s výkonem 5-7 MW, dále o chladící média (např. tekutý dusík, hélium nebo rozličné kapaliny apod.), komunikační napojení atd. „Output“, tudíž výstup a jeho kvalita by měla být na takové úrovni, aby splnila daný účel. V současné době vývoj, instalace a provoz superpočítače je investice v řádu 1 mld.USD. Superpočítače se dnes posuzují i podle toho, jakou mají „energetickou účinnost“, tj. kolik FLOPů se proběhne s příkonem 1Wattu. V současné době dosahují špičkové superpočítače cca 2.000 MFLOPS/W.

Poznámka: v článku se nezabýváme používanými hardwary, softwary, případně „architekturou“ tj. vnitřní konstrukcí.

Pořadí superpočítačů podle výkonu v FLOPS/sec.(PetaFlops) k 31.12.2012

Tabulka č.1

Pořadí

Maximální výkon : PETAFLOPS

Jméno

Výrobce

Instalace

Stát/Instituce

1.

17,590

Titan

Cray

USA/Oak Ridge National Laboratory

2.

16,325

Sequoia

IBM

USA/Lawrence Livermore National Laborat.

3.

10,510

K computer

Fujitsu

Japonsko/The Institute of Phisical and Chemical Research

4.

8,162

Mira

IBM

USA/Argonne National Laboratory

5.

4,141

JUQUEEN

IBM

Německo/Jülich Research Centre

6.

2,897

SuperMUC

IBM

Německo/Bavarian Academy of Sciences and Humanities

7.

2,660

Stampede

Dell

USA/Texas Advanced Computing Center

8.

2,566

Tianhe 1A

NUDT

Čína/National Supercomputing Center of Tianjin

9.

1,725

Fermi

IBM

Itálie/CINEGA

10.

1,515

DARPA

IBM

USA/Pentagon – Ministery of Defence

Tabulka č.1, která uvádí 10 nejvýkonnějších superpočítačů dle výkonu jasně potvrzuje fakt, že nejvýkonnější SP je v USA a že mezi 10 nejvýkonnějšími SP je plných 5 z USA. Ještě větší převaha USA je ve výrobě SP, kde je z 10 SP plných 8 z USA (Cray, IBM,Dell). Většina SP je instalována, tj. pracuje pro výzkumné instituce, resp. University.

Počet superpočítačů z 500 nejvýkonnějších dle výkonu v jednotlivých státech

Tabulka č.2

Pořadí

         Stát

Počet SP 2007 (31.12.)

Počet SP

   2008

(31.12)

Počet SP

2009 (31.12.)

Počet SP

2010 (31.12.)

Počet SP

2011 (31.12.)

Počet SP

2012

(31.12.)

1.

USA

284

291

277

276

263

250

2.

Čína

  10

15

21

41

74

72

3.

Japonsko

20

17

16

26

30

32

4.

U.K.

47

45

44

24

27

24

5.

Francie

17

26

26

25

23

21

6.

Německo

31

25

27

26

20

19

7.

Kanada

5

2

9

6

9

11

8.

Indie

9

8

3

4

2

8

9.

Rusko

7

8

8

11

5

8

10.

Austrálie

1

1

1

4

4

7

11.

Itálie

6

11

6

6

4

7

12.

Švédsko

7

8

7

6

3

6

13.

Jižní Korea

1

1

2

3

3

4

14.

Polsko

1

6

3

6

6

4

15.

Švýcarsko

7

4

5

4

3

4

Tabulka č. 2 vychází z pořadí 500 nejvýkonnějších SP v uvedených letech. Je zapotřebí si uvědomit, že pořadí 500 je velmi proměnlivá veličina, protože nových SP rychle přibývá a jejich výkon roste. V roce 2012 měly USA stále 250 SP (50%), i když jejich poměrný počet stále klesal. V pořadí na 2. místě se usadila Čína, kde došlo k prudkému počtu instalací z pouhých 10 v roce 2007 na plných 72 v roce 2012.

Japonsko kleslo na 3. místo, i když poměrný počet instalaci SP celkově rostl. Za pozornost stojí přední země EU, jako Velká Británie, Francie a Německo, i když zde počet instalaci SP poměrně poklesl. Mezi 15 předních zeměmi se umístily i malé státy (dle počtu obyvatel), ale ekonomicky vyspělé, jako Švýcarsko a Švédsko. Ale i sousední Polsko. Naopak překvapuje, že zde chybí např. Brazílie, Mexiko, Indonésie, Jižní Afrika, Pákistán či Turecko nebo Irán.

Závěr

Zatím se stále dá říci, že počet instalovaných SP odpovídá „vyspělosti“ jednotlivých států, nebo chcete li (s ohledem na pokřivenou situaci v zemích, jako je Česká republika) na míře podpory a investic do lokální vědy, techniky a výzkumu. V budoucnu by to ale mohlo být ještě trochu jinak, lze předpokládat, že SP budou rychle přibývat v populačně silných státech s rychlým rozvojem ekonomik (Brazílie, Mexiko, Pákistán, ale i např. Nigérie). Dále poroste relativní podíl Číny, Indie. Vzhledem ke koncentraci primárních výrobců a vývojových laboratoří, budou i nadále světovou špičkou ve výzkumu a výrobě Spojené státy, o místo na slunci se ale budou přesto muset naučit začít dělit, na což v oboru superpočítačů dosud nebyli zvyklí.

Vojtěch Mádr

Vojtěch Mádr

Autor je ekonom.


Komentáře

Tany #1
Tany 12. březen 2013 09:15

To že je autor ekonom, jste mohli uvést na začátku článku .. kvalita tomu odpovídá (=triskní)

Robert Smol #2
Robert Smol 12. březen 2013 12:56

Me to prislo jako celkem zajimave cteni.


RSS 

Komentujeme

Chatbot mluví za mrtvého – od nápadu k realizaci

Pavel Houser , 30. listopad 2016 13:00
Pavel Houser

Na webu The Verge popsala Casey Newton příběh dvou přátel (Eugenia Kuyda a Roman Mazurenko). Peripet...

Více





Kalendář


RSS 

Zprávičky

Americká GoDaddy koupí evropský webhosting Host Europe

ČTK , 06. prosinec 2016 16:00

Americký registrátor internetových domén GoDaddy, který je ve svém oboru největší na světě, se dohod...

Více 0 komentářů

Ruská Centrální banka oznámila masivní útok hackerů

ČTK , 06. prosinec 2016 11:00

Do systému ruské Centrální banky se letos dostali hackeři a s pomocí zfalšovaných hesel se pokusili ...

Více 0 komentářů

CETIN vydal dluhopisy za 25 miliard Kč

ČTK , 05. prosinec 2016 18:00

Česká telekomunikační infrastruktura (CETIN) upsala dluhopisy v eurech a korunách v celkovém objemu ...

Více 1 komentářů

Starší zprávičky

Nahradí otisky prstů přístupová hesla?

ČTK , 05. prosinec 2016 14:30

Zní to jako skvělý nápad: zapomeňte na hesla a zamykejte telefon místo nich otiskem svého prstu. Je ...

Více 1 komentářů

Počítač a internet má na jižní Moravě více než 75 pct domácností

ČTK , 05. prosinec 2016 10:30

Počet jihomoravských domácností, které mají počítač a přístup k internetu, se loni přehoupl na jižní...

Více 0 komentářů

Vodafone zvýšil do září počet zákazníků na 3,54 milionu

ČTK , 04. prosinec 2016 18:00

Mobilní operátor Vodafone zvýšil do konce září počet zákazníků na českém trhu meziročně o 146.000 na...

Více 0 komentářů

Nový škodlivý program ukradl údaje k milionu účtů Google

ČTK , 02. prosinec 2016 14:00

Nový škodlivý program Goolian narušil bezpečnost více než jednoho milionu účtů Google. Šíří se na za...

Více 1 komentářů