Skip to main content

Article Category

Story

Article available in the folowing languages:

Najnowsze wiadomości - Łączenie superkomputerów w celu prowadzenia symulacji słońca, klimatu oraz organizmów ludzkich

Dzięki możliwościom obliczeniowym oferowanym przez superkomputery symulacje stały się trzecim, obok teorii i eksperymentów, filarem badań naukowych. Finansowane przez UE badania, w ramach których stworzono europejską infrastrukturę superkomputerową, umożliwiły europejskim naukowcom prowadzenie symulacji syntezy zachodzącej na słońcu, tworzenie nowych modeli klimatycznych, a docelowo pozwolą opracować dokładne pod względem biologicznym, wirtualne istotny ludzkie.

Gospodarka cyfrowa

Dokonanie powyższych osiągnięć było możliwe dzięki wysiłkom podejmowanym przez "Rozproszona infrastruktura europejska do zastosowań superkomputerowych" ('Distributed European infrastructure for supercomputing applications' - DEISA). Obecnie ukończono dwie fazy projektu DEISA, trwające w sumie siedem lat. W powyższym kontekście udało się stworzyć jedne z najbardziej zaawansowanych na świecie, rozproszone instalacje służące do wysokowydajnego przetwarzania danych ('High performance computing' - HPC). W ciągu kilku dekad infrastruktura ta umożliwiła znaczący rozwój europejskiej nauki w zakresie symulacji. Wszystko wskazuje na to, że powyższy trend będzie kontynuowany, gdyż Europa planuje zainwestować prawie 500 milionów euro w tę dziedzinę w ciągu najbliższych pięciu lat. W ramach pierwszego etapu projektu połączono ze sobą 11 najbardziej zaawansowanych, europejskich centrów superkomputerowych, zlokalizowanych w Niemczech, w Hiszpanii, we Francji, we Włoszech, w Holandii, w Finlandii oraz w Zjednoczonym Królestwie. Łącza fizyczne stworzono w oparciu o infrastrukturę GÉANT oraz w oparciu o krajowe sieci badawczo-oświatowe ('National research and education networks' - NRENs). Sieć GÉANT to sieć internetowa o dużej przepustowości, służąca europejskiej społeczności badawczej i edukacyjnej. Sieć ta łączy ponad 40 milionów badaczy w 40 krajach Europy, a także połączona jest z szeregiem innych regionów świata. Jej przepustowość sięga 40 gigabitów na sekundę (Gbps). Natomiast NREN oferuje społecznościom badawczym i edukacyjnym sieciową infrastrukturę przesyłu danych. Naukowcy uczestniczący w projekcie DEISA zrobili znacznie więcej, niż tylko stworzenie szybkich połączeń pomiędzy komputerami. 'Jak dotychczas mieliśmy do czynienia ze zróżnicowanymi superkomputerami, wykorzystującymi różne oprogramowanie i odmienną strukturę plików, przez co przejście od pracy na jednym superkomputerze do pracy na innym było koszmarem' - tłumaczy Hermann Lederer, członek zespołu koordynującego projekt DEISA2. 'W ramach projektu DEISA ujednolicono infrastrukturę oraz ułatwiono naukowcom możliwie najlepsze wykorzystanie czasu obliczeniowego.' Podczas projektu DEISA1 rozpoczęto proces ujednolicania, natomiast podczas projektu DEISA2 dokonano konsolidacji i rozszerzenia tego procesu, a także wzmocniono Zespół Wsparcia Aplikacji ('Application Support Task Force'). 'W ramach konsorcjum zgromadziliśmy specjalistów zajmujących się każdym z systemów superkomputerowych, tak abyśmy mogli odpowiednio dopasować optymalny dla danego programu badawczego superkomputer, a także zapewnić doradztwo w zakresie uzyskania możliwie największej wydajności danego systemu. Zapewniliśmy nawet wsparcie aplikacyjne, pozwalające optymalizować oprogramowanie pod kątem konkretnego problemu badawczego', zaznacza Dr Lederer. W ramach projektu stworzono ponadto "inicjatywę na rzecz obliczeń ekstremalnych DEISA" ('DEISA extreme computing initiative' - DECI). Inicjatywa DECI została zapoczątkowana w maju 2005 roku przez konsorcjum DEISA, w celu zwiększenia wpływu wywieranego przez prace prowadzone w ramach projektu na naukę i technologię. Głównym celem powyższej inicjatywy było dostarczenie potężnych zasobów obliczeniowych, pozwalających stawić czoła ambitnym wyzwaniom we wszystkich dziedzinach nauki i technologii. Program okazał się ogromnym sukcesem, a podczas szóstego wezwania do składania wniosków naukowcy w znaczącym stopniu przekroczyli dostępne limity, składając 121 ofert wymagających pięciuset milionów godzin obliczeniowych procesora, będących jednostką miary zużycia zasobów superkomputerów. Dostępnych było zaledwie 91 milionów godzin obliczeniowych procesora, czyli mniej niż jedna piąta zapotrzebowania, w związku z czym wybrano 56 projektów. 'Selekcję tematów badań naukowych przeprowadzamy w oparciu o dwuetapowy proces analizy. Recenzje naukowe pozwalają określić wartość naukową proponowanych badań, natomiast analiza techniczna pozwala stwierdzić, czy dane badanie może być przeprowadzone w oparciu o superkomputery lub czy superkomputery są odpowiednie do jego przeprowadzenia', mówi Dr Lederer. Po dokonaniu wyboru projektu badawczego DEISA zapewnia najbardziej odpowiedni superkomputer oraz udostępnia naukowcom wsparcie techniczne, w celu zoptymalizowania oprogramowania pod kątem danego celu badawczego. DEISA pozwoliła radykalnie polepszyć i uzupełnić krajowe usługi superkomputerowe, nie tylko udostępniając najbardziej optymalne dla danego zadania superkomputery, ale także zwiększając tempo postępu naukowego. Luka badawcza 'Niektóre wybierane przez nas projekty można również zrealizować w obrębie krajowej infrastruktury superkomputerowej, dostępnej dla danego naukowca, jednak może się to wiązać z długą listą oczekujących, znacznym przekroczeniem dostępnych limitów, lub też niezbyt dopasowaną architekturą', mówi Dr Lederer. 'W konkurencyjnych dziedzinach nauki, bazujących na wielkoskalowych symulacjach, może to stanowić poważny problem, w związku z czym naukowcom umożliwiono zgłaszanie projektów do DECI.' Ponieważ konsorcjum DEISA obejmuje największe centra superkomputerowe w Europie, naukowcy wiedzą, że u któregoś z partnerów dostępne są najbardziej zaawansowane komputery. Powyższy element jest kluczowy, gdyż moc obliczeniowa superkomputerów gwałtownie wzrasta, co sprawia, że szybko stają się one przestarzałe. Technologia rozwija się tak szybko, że pojawia się luka badawcza. Procesory osiągnęły częstotliwość 3 gigaherców, jednak ze względu na ograniczenia energetyczne w przyszłości może nastąpić jedynie niewielki wzrost tej częstotliwości. Alternatywną ścieżkę stanowią procesory wielordzeniowe, które w połączeniu z przetwarzaniem równoległym oferują inną metodę szybkiego przetwarzania danych. Jednakże brakuje fundamentalnych badań w zakresie zwiększania stopnia równoległości przetwarzania na poziomie aplikacji. 'Fundusze badawcze, wspierające prace nad nowymi algorytmami przetwarzania równoległego, pozwoliłyby przyciągnąć najbardziej wybitnych matematyków, informatyków oraz specjalistów od przetwarzania komputerowego, w celu stawienia czoła temu wyzwaniu', mówi Dr Lederer. 'Jeżeli teraz nie skupimy się na powyższej kwestii, to za kilka lat stanie się ona poważnym problemem', zauważa Dr Lederer. Prace projektu DEISA2 ukończono w kwietniu tego roku, a obecnie będą one kontynuowane w ramach "Partnerstwa na rzecz zaawansowanych komputerów w Europie" ('Partnership for advanced computing in Europe' - PRACE). W ramach partnerstwa PRACE utrzymywane będą ogólnoeuropejskie usługi HPC, składające się z sześciu najnowocześniejszych systemów oferujących usługi obliczeniowe na najwyższym poziomie pod względem wydajności ('Tier-0'), włączonych w europejski ekosystem HPC stworzony przez DEISA. Systemy typu Tier-0 to czołowe superkomputery z listy 500 najbardziej wydajnych superkomputerów świata, a w ramach PRACE uruchomiono już dwa urządzenia tego typu: system IBM Blue Gene/P, pracujący z częstotliwością 1 petaflop/s, znajdujący się w centrum superkomputerowym Julich w Niemczech, oraz system firmy BULL o nazwie CURIE, pracujący z częstotliwością 1,6 petaflopa/s, zlokalizowany w nowo otwartym, Bardzo Dużym Centrum Obliczeniowym ('Trés Grand Centre de Calcul' - TGCC) we Francji. Uczestnicy projektu PRACE pozyskali 400 milionów euro funduszy krajowych, niezbędnych do utrzymywania systemów typu Tier-0 w ciągu najbliższych pięciu lat, natomiast Komisja Europejska wesprze rodzinę projektów PRACE (PRACE, PRACE 1IP, PRACE 2IP) kwotą 70 milionów euro w czasie ich trwania. 'Prace projektu DECI będą kontynuowane - obecnie zespół DEISA pracuje dobrowolnie, aż do rozpoczęcia projektu PRACE 2, które nastąpi we wrześniu', mówi Dr Ledrer, 'jednak nowy projekt będzie określany jako "Europejska, Rozproszona Inicjatywa Obliczeniowa" ('Distributed European Computing Initiative'). Słowo "ekstremalny" stosowane będzie wyłącznie w odniesieniu do superkomputerów typu Tier-0.' Programy badawcze dotyczące superkomputerów oraz inwestycje pokroju DEISA są wyjątkowo cenne ze względu na szereg pełnionych przez nie funkcji. Po pierwsze pozwalają w sposób bezpośredni rozwijać nauki obliczeniowe, poprzez stawianie czoła fundamentalnym wyzwaniom w zakresie tworzenia oprogramowania, a także w zakresie sieci komputerowych, informatyki oraz matematyki. Po drugie umożliwiają rozpoczęcie i kontynuację wiodących badań naukowych w praktycznie każdej dziedzinie, zwłaszcza w odniesieniu do najbardziej ambitnych i pilnych problemów naukowych. Po trzecie natomiast tworzą podwaliny pod PRACE, ambitny, ogólnoeuropejski program mający na celu zwiększenie konkurencyjności Europy jako lidera w zakresie superkomputerów. Powyższe elementy stanowią pierwszą serię wkładu projektu DEISA2 na rzecz kluczowych i wymagających obliczeniowo badań naukowych, takich jak prace projektu RNAHIV dotyczące mechaniki cząsteczkowej wirusa HIV, prace projektu MillCli dotyczące złożonych modeli klimatycznych, czy też prace projektu Cylinder dotyczące wpływu turbulencji na budowle morskie. Projekt DEISA2 uzyskał wsparcie finansowe w wysokości 10,24 milionów euro (całkowity budżet projektu wyniósł 18,65 milionów euro) w ramach podprogramu "systemy gridowe e-nauki", będącego częścią Siódmego Programu Ramowego UE. Użyteczne odnośniki: - "Rozproszona infrastruktura europejska do zastosowań superkomputerowych" - 'Distributed European infrastructure for supercomputing applications' - informacje na temat projektu DEISA2 w bazie danych CORDIS - program / projekty na temat e-Infrastruktury Odnośne publikacje: - "Superkomputery biorą na celownik wirus HIV" - 'Supercomputers target HIV' - "Modele klimatyczne na wybiegu superkomputerów" - 'Climate models run supercomputer catwalk' - "Spokojniejsze wody dzięki superkomputerom" - 'Supercomputing calms troubled waters' - "Superkomputery mają swojego własnego superbohatera" - 'Supercomputing gets its own superhero' - "Grid: nowy sposób prowadzenia badań naukowych" - 'Grid: a new way of doing science' - "Europejscy naukowcy badający syntezę uzyskują dostęp do najlepszych superkomputerów" - 'Europe's fusion researchers to tap into top supercomputing resources'