Zeus i jego moc

zeus

Został powołany do życia w 2008 roku przez naukowców z krakowskiego Akademickiego Centrum Komputerowego Cyfronet AGH. Ma moc obliczeniową 357 Tflops-ów, co czyni go numerem jeden w Polsce. Kończy 22 tys. zadań na dzień, przy czym od 4 do 5 tys. zadań różnej wielkości jest uruchomionych cały czas. Zeus nigdy nie śpi – pracuje 24 godziny na dobę, 365 dni w roku.

Kontynuując wyliczankę – 357 Tflops-ów to moc obliczeniowa liczona w liczbie operacji zmiennoprzecinkowych na sekundę. T, czyli Tera to tysiąc miliardów, a zatem Zeus wykonuje blisko 400 tys. miliardów operacji na sekundę.

Na Zeusa składa się 28 tys. procesorów – to jest tak jakby był złożony z 28 tys. PC-tów. A to jeszcze trzeba połączyć w jeden organizm. Organizm Zeusa znajduje się w około 20 szafach, chłodzonych wieloma klimatyzatorami jednocześnie. Procesory połączone są łączem infinibendowym, które w naszym wykonaniu jest około cztery razy szybsze od bardzo szybkiego internetu.

Dzięki sieci komputerowej o bardzo wysokich parametrach zbudowanej w ramach programu Pionier, dostępność do Zeusa w Polsce czy w Europie jest bardzo szybka. Dane płyną siecią o przepustowości dwa razy 10 gigabitów na sekundę (popularne łącza  komercyjne mają przepustowości prawie tysiąc razy mniejsze).

– W ramach szerokopasmowej sieci Pionier Kraków połączony jest w czterech kierunkach i zmierzamy do tego, by na każdym z tych kierunków było n razy 100 gigabitów na sekundę. Z punktu widzenia użytkownika dostępność Zeusa jest taka jakby stał on za ścianą. Nie trzeba przywozić żadnych twardych dysków z danymi do przetwarzania, bo wszystkie obliczenia są dostępne na odległość – wyjaśnia Prof. dr hab. inż. Kazimierz Wiatr, dyrektor Akademickiego Centrum Komputerowego Cyfronet AGH.

Superkomputer Akademii Górniczo-Hutniczej oparty jest o system operacyjny Scientific Linux (SL). Dostawcą rozwiązań sprzętowych zastosowanych w Centrum jest firma Hewlett-Packard. W listopadzie ubiegłego roku Zeus  znalazł na 145. pozycji prestiżowej listy TOP 500 – najszybszych komputerów na świecie. Ranking największych maszyn obliczeniowych na świecie publikowany jest dwa razy do roku (www.top500.org/list/2013/11/). Zeus po raz ósmy z rzędu został najmocniejszym komputerem w naszym kraju.

 

A co jeśli wyłączą prąd?

Gdy mamy do czynienia z superkomputerem, wymagane są także super zabezpieczenia na każdym etapie funkcjonowania urządzenia. Decydują one o niezawodności działania Zeusa. Dlatego właśnie systemy zasilania zabezpieczone są wielostopniowo.

Z jednej strony jest sieć zasilająca z zakładu energetycznego, ale prąd dostarczany jest z dwóch lub czasami nawet z trzech transformatorów. Tak jak się to czasami zdarza w przypadku zwykłych komputerów osobistych, tak i Zeus został wyposażony w urządzenia podtrzymania zasilania. Jeżeli zakład energetyczny przestanie dostarczać energię, urządzenia podtrzymania zasilania zapewnią ją na 2-3 minuty. Czas ten wystarczy by uruchomił się agregat prądotwórczy zbudowany w oparciu o wysokoprężny silnik Diesla, o mocy jednego megawata. Dzięki temu wszystkie zasoby Cyfronetu – obliczeniowe, związane z archiwizacją danych i funkcjonowaniem sieci komputerowej, a także urządzenia do chłodzenia – mają zabezpieczone zasilanie awaryjne.

Zeus, tak jak wszystkie superkomputery, ma wielką moc obliczeniową, ale przy okazji wytwarza wielką moc cieplną. W okolicach szaf, w których znajduje się Zeus, panuje temperatura ponad 40 stopni Celsjusza. Dlatego także urządzenia chłodzące muszą mieć zapewnione zasilanie awaryjne, aby nie dopuścić do zniszczenia termicznego sprzętu obliczeniowego. Na wypadek, gdyby któryś z klimatyzatorów miał się popsuć, cały czas nad chłodzeniem pracuje ich kilka równocześnie i pewne ich grupy mogą przejąć funkcje chłodzenia całości.

O każdej niepokojącej sytuacji na hali komputerowej natychmiast jest informowanych sms-em kilku opiekunów Zeusa, którzy mają do niego stały zdalny dostęp. Niezależnie od tego, wszystkie zabezpieczenia działają automatycznie.

 

Zeus i jego wcielenia

– Widząc potrzeby użytkowników, zadbaliśmy o zróżnicowane zasoby obliczeniowe funkcjonujące w ramach Zeusa, który jest w pewnym sensie komputerem heterogenicznym. Zeus jest zorganizowany w czterech partycjach – mówi Prof. dr hab. inż. Kazimierz Wiatr. – Największa partycja to klasyczny klaster komputerowy. Druga partycja jest dla nas niesłychanie cenna. Wcześniej flagowymi komputerami dla centrum były komputery o architekturze SMP, czyli symetrycznym dostępie do pamięci. W tej chwili takich komputerów już się właściwie nie produkuje, są one relatywnie bardzo drogie. Teraz w naszym komputerze mamy partycję vSMP, czyli wirtualny komputer SMP, który jest największą tego typu instalacją w Europie i czwartą na świecie. W momencie, gdy instalowaliśmy tę maszynę, była największą wirtualną maszyną na świecie. Trzecia partycja związana jest z akceleracją obliczeń – są to procesory graficzne ogólnego przeznaczenia GP GPU i układy rekonfigurowane FPGA. Tu lokujemy obliczenia, w których ilość danych do przetworzenia jest ogromna, a algorytmy są nieco prostsze i wówczas akceleracja obliczeń osiąga wysokie wartości. Czwarta partycja nazywana w slangu informatycznym – partycją grubych węzłów – czyli procesorów, które mają dużą lokalną pamięć. I teraz w zależności od tego jakie algorytmy są realizowane, lokuje się je w odpowiednich partycjach tego ogromnego Zeusa, co powoduje, że jest on lepiej wykorzystywany – dodaje Profesor.

 

W służbie nauce

Akademickie Centrum Komputerowe Cyfronet AGH powstało w 1973 roku. Centrum jest organizacyjnie i finansowo autonomiczną jednostką Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie i jest jednym z największych centrów superkomputerowych i sieciowych w Polsce.

Pierwszym komputerem dużej mocy, w który został wyposażony Cyfronet, był komputer CDC Cyber 72-16 amerykańskiej firmy Control Data Corporation, który został zainstalowany w 1975 roku. Teoretyczna maksymalna moc obliczeniowa tego komputera sięgała 0,5 Mflops, a pojemność dyskowa wynosiła 400 MB. Cyber 72-16 był eksploatowany przez 15 lat, a jego parametry już dawno stały się komputerową prehistorią. Teraz panuje Zeus oraz wiele projektów i programów, w których uczestniczy.

 

Należy do nich m.in. inicjatywa PL-Grid, czyli Konsorcjum Polskiego Gridu.

– Cyfronet jest przede wszystkim po to żeby służyć nauce. W ramach inicjatywy PL-Grid integrujemy wszystkie klastrowe zasoby obliczeniowe w Polsce. W Polsce jest pięć centów superkomputerowych, czyli poza krakowskim Cyfronetem, jest także Warszawa, Poznań, Gdańsk i Wrocław. Zasoby obliczeniowe są zintegrowane w jeden ogólnopolski grid, który od samego początku jest integrowany z gridem europejskim w ramach projektu EGI, European Grid Infrastructure – wyjaśnia Prof. dr hab. inż. Kazimierz Wiatr. – Teraz pracujemy nad drugim projektem zaplanowanym ze szczególnym uwzględnieniem grup użytkowników. Zaproponowaliśmy trzynaście grup użytkowników, do których specjalnie dopasowujemy sprzęt obliczeniowy, interfejsy, oprogramowanie i co najważniejsze, budujemy dziedzinowe grupy wsparcia. Przykładowo, zbierają się osoby zajmujące się akustyką i definiują jakie są potrzeby w zakresie software’u czy dedykowanego sprzętu. To samo dotyczy innych dziedzin nauki: fizyków, energetyków, czy na przykład metalurgów. Mimo, że nasz pomysł miał oponentów, kiedy powstawał, to okazuje się dziś, że na forum europejskim jest obecnie bardzo doceniany, nawet wywołuje zachwyt.

– Naszym głównym celem jest wspieranie polskiej nauki. Wiemy, że nauka bez informatyki byłaby nauką kulawą, niemożliwą – to dotyczy przede wszystkim narzędzi przeprowadzenia badań, w ramach których trzeba przetworzyć i zarchiwizować ogromne ilości danych. Po to jest właśnie Zeus – dodaje Profesor. – Do tego dochodzi potrzeba ogromnych symulacji. Na przykład nowe materiały są najczęściej projektowane w komputerze. Podobnie analiza łańcuchów DNA wymaga ogromnych mocy obliczeniowych. Pamiętam, że cztery lata temu jeden z profesorów mówił na konferencji w Gdańsku, że aby przetestować łańcuch DNA złożony ze stu atomów, musiałby liczyć na zasobach całego centrum superkomputerowego 35 lat. Więc jeżeli my nasze zasoby zwiększymy dziesięciokrotnie, to z tych 35 lat zrobi się już tylko 3,5 roku. Ale co to są za badania, których wyniki będziemy znali za 3,5 roku, tym bardziej, że jest wiele takich obszarów badań, w których wyniki symulacji są parametrem wejściowym do następnych symulacji. I to też jest jednym z bardzo ważnych kierunków naszych zainteresowań, czyli przetwarzanie w czasie rzeczywistym, np. w Synchrotronie. Pobieramy dane z tego eksperymentu po to, żeby wyniki obliczeń sterowały dalszym przebiegiem tego eksperymentu. To wymaga ogromnych mocy obliczeniowych.

Zeus pracował już nad wieloma ważnymi badaniami, m.in. przy projekcie opracowywania nowego leku, badaniu kropek kwantowych, którymi zajmuje się profesor Bartłomiej Szafran, przy pracach nad grafenem, czy też ostatnio w projektach sejsmograficznych.

Świetlna przyszłość Zeusa

Naukowcy mogą korzystać z Zeusa bezpłatnie, a możliwości świadczenia usług komercyjnych przez ten superkomputer są mocno ograniczone. Wymagałoby to zmian prawnych, bo część infrastruktury Cyfronetu powstała w oparciu o fundusze europejskie. Ale nie jest to problemem, bo moglibyśmy sprzedawać tylko wolne moce obliczeniowe, a tych po prostu nie ma – potrzeby polskiej nauki w tym zakresie są ogromne …

Zasoby obliczeniowe Cyfronetu, podobnie jak sieć komputerowa Centrum, są w ciągłej rozbudowie. Dlatego Zeus już w nieodległej przyszłości będzie miał jeszcze lepsze parametry.

– Jesteśmy jednostką akademicką, potrzeby naszych użytkowników są bardzo zróżnicowane, a my pokrywamy szeroką paletę potrzeb ze wszystkich dziedzin nauki. Z drugiej strony zasilanie w środki finansowe ma pewną cykliczność. To nie są duże środki, które możemy jednorazowo zainwestować. Sprzęt nieustannie się zmienia, a nam należy na dobrej relacji ceny do jakości kupowanego sprzętu. W tym momencie nasze zasoby obliczeniowe są ogromne. Moc Zeusa to jest prawie 400 Tflops-ów co się przekłada na ogromne koszty zużycia energii. I te także musimy brać pod uwagę przy kolejnych inwestycjach. Uczestniczymy w rankingach w najszybszych komputerów świata, od ośmiu rankingów (4 lata) jesteśmy centrum, które posiada najszybszy komputer w Polsce. To nam pomaga, uwiarygadnia nasze możliwości obliczeniowe w oczach naszych użytkowników – mówi Prof. dr hab. inż. Kazimierz Wiatr.

 

—————–

Do ewentualnych ramek

——————-

Parametry Zeusa:

Rdzenie obliczeniowe: 25.468 (czyli ponad 25.000 prostych PC-tów),

Teoretyczna moc obliczeniowa: 373,9 TFlops,

Przestrzeń dyskowa: 3 PB (35 lat nieskompresowanego video full HD),

Przestrzeń taśmowa: 3,5 PB (2000 lat muzyki zapisanej w formacie mp3),

Ilość zadań w 2013 roku: 7.932.977

Wykorzystany czas obliczeniowy w 2013 roku: 96.504.775 godzin

Największe zadania obliczeniowe Zeusa:

Czas obliczeń w latach w przeliczeniu na czas pracy jednego procesora, co w przybliżeniu odpowiada czasowi pracy komputera klasy PC:

Chemia, Czas obliczeń: 1.884 lata

Badania teoretyczne polimerów jonowych (membran) opartych na jednostce benzimidazolowej o potencjalnym zastosowaniu przy konstrukcji ogniw paliwowych z zastosowaniem metod obliczeniowych chemii kwantowej w podejściu statycznym oraz symulacji dynamiki molekularnej.

Fizyka, Czas obliczeń: 764 lata

Badania anizotropii magnetycznej w rozcieńczonych półprzewodnikach (DMS). Badania anizotropii oddziaływań magnetycznych jonów metali przejściowych podstawionych w różne nierównoważne węzły matrycy półprzewodnikowej. Badane będą węzły wewnątrz kryształu powierzchniowego jak również na jego powierzchniach. Badanie wpływu niejednorodnościskładu oraz czynników zewnętrznych na anizotropię oddziaływań.

Chemia, Czas obliczeń: 589 lat

Wyniki badań będą podstawą do głębszego zrozumienia funkcjonowania kompleksów telomerowego DNA (TRF/DNA oraz dimeryzacja białek TRF) i zjawiska dysocjacji białek TRF od dwuniciowego DNA w obecności związków interkalujących. W dalszej perspektywie umożliwi to projektowanie leków przeciwnowotworowych w oparciu o ten mechanizm.

Chemia, Czas obliczeń: 435 lat

Promieniowanie wysokoenergetyczne, stosowane w radioterapii chorób nowotworowych, wywołuje radiolizę wody obecnej w komórkach. Jednymi z głównych produktów tej radiolizy są niskoenergetyczne solwatowane elektrony (LEE). Ich genotoksyczność względem natywnego DNA jest wprawdzie sprawą dyskusyjną, jednak obecność bromonukleotydów w nici DNA uwrażliwia ją na pękanie pod wpływem LEE, a tym samym – na promieniowanie γ. Bromopochodne można by stosować jako sensybilizatory w terapii zlokalizowanych nowotworów, zmniejszające czas i dawkę promieniowania oraz skutki uboczne radioterapii. Wprowadzenie tej idei w życie wymaga jednak dokładnego zrozumienia mechanizmu uwrażliwiania DNA przez bromopochodne zasad nukleinowych (Br-ZN).

Chemia, Czas obliczeń: 384 lata

Celem planowanych badań jest charakteryzacja wybranych modeli katalizatora bazującego na połączeniach ligandów typu salenowego z centrum metalicznym stosowanych w procesach kopolimeryzacji. Przeprowadzone badania mają umożliwić powiązanie struktury badanych związków z ich aktywnością katalityczną oraz wskazanie czynników ją determinujących.

admin

Komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *