Cesta superpočítačů: od atomové bomby po vznik vesmíru

K výpočtům balistických drah a jaderné bomby

Jednoduché počítače existovaly již před druhou světovou válkou. V té době si ještě málokdo uvědomoval jejich příslib do budoucna. V průběhu válečných let se objevila celá řada počítačů, která byla svým způsobem revoluční. V Německu pracoval do věci zapálený inženýr Konrad Zuse. Jeho první počítač Z1 byl uveden do zkušebního provozu v roce 1938. Fungoval na elektromechanickém principu a disponoval pamětí na šestnáct čísel. Pro praktické využití byl svými parametry naprosto nevhodný.

Proto se jeho konstruktér pustil do stavby druhého počítače, kterého známe pod označením Z2. Výpočetní výkon byl pouze 50 aritmetických operací za jednu minutu. O výpočty ve dvojkové soustavě se staralo 2 600 elektromagnetických relé, přičemž se rozšířila paměť na 64 čísel. Podle dostupných informací byl dokonce použit pro náročné výpočty letu balistické rakety V-2. Počítač Z2 se bohužel dnešních dnů nedočkal. Byl zničen v roce 1944 při náletu. V Evropě se během druhé světové války objevily počítače i na straně spojenců. Velká Británie nechala zkonstruovat počítače řady Colossus. Úkolem bylo dešifrování německého kódu Enigma, který přidělával nemalé starosti.

Spojené státy stály od úplného začátku v popředí vývoje výkonných počítačů. Velkou zásluhu na tom měla celá řada vědců, jenž před válkou emigrovali. Ve Spojených státech amerických pak tito lidé prováděli nevídané pokroky v oborech jako je kvantová fyzika, jaderná fyzika nebo výpočetní technika. S odstupem času bychom právě tyto vědce mohli označit za největší v dosavadních dějinách lidstva. Jeden z prvních amerických počítačů, Harvard Mark I, však vytvořil rodilý Američan. Howard Aiken získal finanční podporu společnosti IBM a v roce 1944 mohl představit hotový počítač.

V té době se bezesporu jednalo o nejdokonalejší počítač, který byl vytvořen. Kromě běžných matematických operací umožňoval provádět logaritmy a také trio-goniometrické operace. Podobně jako Z2 na straně Německa, i Mark I posloužil armádě k výpočtům balistických drah. Poté se hlavního slova ujal John von Neumann se svými kolegy. Jejich počítače ENIVAC a MANIAC se zapsaly do dějin spíše negativně. Posloužily totiž k výpočtům pro vytvoření první atomové bomby. Poté následovala celá řada desítek let vývoje až do dnešní doby. V současné době máme takzvanou čtvrtou generaci počítačů. ENIVAC patřil do první generace.

Kde jsou super-výkonné počítače potřeba?

V současné době existuje celá řada oblastí, ve kterých je obrovská výpočetní síla nezbytností. Ve vědeckém světě se může jednat o hledání vhodných kombinací léků nebo zjišťování a ověřování fyzikálních teorií například o vzniku vesmíru. V oblasti strojírenství a průmyslu se jedná o počítačové simulace pevností nebo aerodynamiky. Krátce řečeno, v nejrůznějších oblastech vědy a techniky. Od všech takových strojů se předpokládá vysoký výpočetní výkon v matematických operacích, potažmo simulacích. Proto jsou primární centrální výpočetní jednotky (u běžných počítačů nazýváme procesory) hlavní tažnou silou. Takové počítače dodnes zabírají prostory celých budov. Mají neustále vysokou spotřebu energie a vyžadují naprosto odlišný přístup. Vzhledem k jejich vysoké ceně se snaží celá řada vědeckých projektů využívat i jiné možnosti.

Směrem využití kapacity osobních počítačů se vydal projekt SETI@home. Provozuje jej Space Sciences Laboratory na univerzitě Berkley. Cílem SETI (Search for Extras-Terrestrial Intelligence) je analýza přijatých rádiových vln a hledání mimozemských civilizací. Bohužel jsme nuceni hledat v obrovském spektru frekvencí přes šířku celé oblohy. Přísun dat je tak obrovský, že využití jediného super-počítače nepřipadá v úvahu. Vědci se tak rozhodli do projektu zapojit přes internet nadšence ze všech koutů planety. Speciální klient si z internetových serverů stahuje data, která následně v době nečinnosti uživatele zpracovává.

Nejvýkonnější stroje současnosti

Dnešní špička výpočetní techniky vyniká oproti běžnému chápání počítačů ve všech ohledech. Prozatím nejvýkonnějším počítačem světa je Roadrunner. Do historie výpočetní techniky se zapsal další pokořenou hranicí. Jeho maximální naměřený výpočetní výkon totiž činí 1 026 teraflopu. Poprvé tak byla překonána hranice jednoho petaflopu. Jen pro vytvoření představy, jeden petaflop je jednotka pro provedení jednoho tisíce bilionu operací za jednu sekundu. K tomuto fantastickému výkonu je zapotřebí 122 400 procesorů typu PowerXCell od IBM a 6 480 dvoujádrových procesorů Opteron od AMD. Stejně zarážející je i kapacita operační paměti, která dosahuje celkové hodnoty 103,6 terabajtu. Počtu výpočetních jader také odpovídá udávaná spotřeba 2,35 megawattu (odpovídá 0,235 procentům z výroby jednoho bloku jaderné elektrárny Temelín). A na co je zapotřebí také výpočetní kapacity? Účelem je kromě jiného simulace jaderných výbuchů, které není možno z hlediska zničení planety ve skutečnosti zkušebně provádět. Roadrunner je umístěn ve známém středisku v Los Alamos.

Česká republika má také svůj vlastní superpočítač. Jmenuje se Amálka a slouží Ústavu fyziky atmosféry Akademie věd. Vědci na ní provádějí výpočty i mezinárodních projektů. Velkou roli hraje Amálka ve výzkumu vesmíru, kde se podílí na řadě misí jako například sondě Messenger k Merkuru nebo Cassini k Saturnu. O výpočetní kapacitu stará zhruba 360 procesorových jader, která dávají výkon o hodnotě zhruba 2,6 teraflopu.

Závěrem

Zmíněné počítače nám dovolují bádat v oblastech zcela mimo lidskou představivost. Zjišťují vhodné kombinace látek pro léky, simulují extrémní fyzikální procesy a zpracovávají data ze všech koutů sluneční soustavy i celého vesmíru. Je jich jen málo a jsou drahé. Proto se s nimi jen málokdo setká a ještě méně lidí má to štěstí s nimi pracovat. Jsou totiž špičkou ledovce v době informačních technologií a představují vrchol lidského ducha.

Přečtěte si také

IBM chce vyvinout počítačový systém simulující činnost mozku
Svět informačních technologií v roce 2009
Adam Paclt: pojem e-mailový server neexistuje, budoucnost je v kompletních řešeních
Kosmická turistika: rychleji a výše