A bez kompromisu to platí i superpočítač Karolina, který je ve výzkumném středisku v provozu už druhým rokem.

Historie high powered computingu se v Ostravě začala psát v roce 2013, kdy IT4Innovations spustilo první takzvaný malý klastr: superpočítač Anselm. Karolina je po Anselmu, Salomonovi a Barboře tedy už čtvrtým výpočetním centrem a její zhotovení stálo bezmála 360 milionů korun. Podle teoretického výkonu byl v době spuštění na 18. místě v Evropě a 69. místě na světě. Ještě výše ale stojí v poměru výkonu vůči spotřebě. Výpočetní síla 15,7 PFlop/s spotřebuje 1,1 MW energie, což z něj dělá 8. nejefektivnější zařízení na světě.

zdroj: Foto: IT4Innovations

Rozjede to Crysis?

Byť by se nad výkonem superpočítačů mohly hráčům a hráčkám sbíhat sliny, extrémní výkon a rychlost se využívá převážně ve různých odvětvích vědy. Od astrofyziky, inženýrství, biomedicíny až po materiálové vědy. Výpočetní výkon Karoliny používají téměř všechny významné instituce v zemi: Ostravská Vysoká škola báňská, Akademie věd, Univerzita Karlova, České vysoké učení technické, či například Masarykova univerzita.

Nejvíce výpočetního času si pro sebe berou materiálové vědy. Například jeden projekt Ústavu organické chemie a biochemie Akademie věd se dostal i na titulní stránku prestižního vědeckého magazínu Science. V tuto chvíli Karolina zpracovává data i pro tři projekty Evropské rady pro výzkum. Dopad na vědeckou komunitu je zkrátka nemalý.

„Nejsme ale jen poskytovatel výpočetních kapacit. Snažíme se jít s dobou a nevnímáme superpočítače pouze jako nástroj pro matematické simulace. Provádíme komplexní výpočty, simulace, vizualizace, sběr dat,“ vysvětluje ředitel IT4Innovations, Vít Vondrák a vyjmenovává, jaké praktické využití výpočetní síla Karoliny nabízí.

zdroj: Foto: IT4Innovations

„Simulovali jsme dopravu v Praze pro firmu s navigačními technologiemi. Děláme 3D rekonstrukce modelů z tomografu nebo magnetické rezonance. Spolupracujeme na vývoji helmíček pro děti, které se narodí s deformací lebky. Zapojili jsme se také do konsorcia, které vzniklo v souvislosti s pandemií covid. V oblasti energetiky zase modelujeme komplexní návrhy chytrých měst a například optimalizujeme návrhy nových vodních čerpadel pro vodní elektrárny,“ přibližuje Vondrák.

Česká republika je díky IT4Innovations součástí konsorcia LUMI. Kdyby náhodou výpočetní kapacity Karoliny na projekt nestačily, mohou jej alokovat do finského superpočítače Lumi v Kajaani, který je s výkonem kolem 500 Pflop/s 3. nejsilnější na světě a první v Evropě.

„V superpočítačích se bez vodního chlazení neobejdeme už roky.“

Obrovským hlavolamem při stavbě superpočítačů je chlazení. Jak se blížíme k hranicím Moorova zákona, narážíme na limity toho, co je možné uchladit vzduchem. Obzvláště, když jsou bezprostřední budoucnost takzvané exascale superpočítače. Tedy přístroje, které zvládnou trilion výpočetních úkonů za sekundu. Čili ještě o celý číselný řád výše než má Karolina.

„V superpočítačích se bez vodního chlazení neobejdeme už roky. S každou generací dramaticky roste nejen výkon, ale i příkon komponent a třeba i u herních počítačů s těmi nejvýkonnějšími komponenty vidíme, že se bez vnitřního okruhu kapalného chlazení neobejdeme,“ říká Luboš Kolář z Hewlett-Packard Enterprise, který Karolinu v Ostravě pomáhal sestavit, zatímco vstupujeme do datového sálu, ve kterém je saturace kyslíku jen 15 %.

„V Karolině je takzvaný fanless direct liquid cooling systém. Tedy se vzduchem vůbec neoperuji a používáme pouze kapalinu, která odebírá teplo přímo z komponent. Čím lépe je systém chlazený, tím lépe počítá a může jet déle v turbo režimu při náročných operacích,“ popisuje Kolář a dává nám nahlédnout pod chladicí skříň superpočítače na komplexní systém rozvodů teplé a studené vody. Odpadní teplo vzniklé chlazením se pak využívá pro vytápění budovy IT4I a ohřevu užitkové vody.

zdroj: Foto: Vlastní foto autora

Budoucnost je kvantová

Výpočetní technologie a výkony se každým rokem mílovými kroky posunují dopředu a platí to samozřejmě i pro superpočítače. V IT4Innovations je high performance computing rozdělený na malý a velký klastr a zanedlouho se v počítačovém centru začne stavět nový výpočetní mozek, aby bylo možné výkonnostně pokrýt rostoucí uživatelské požadavky.

„Druhou generaci počítačů: Barboru a Karolinu musíme udržet do roku 2028. Už příští rok ale začneme stavět malý klastr, tedy nástupce řady Anselm a Barbora. Od roku 2026 pak budeme budovat nový velký klastr, který naváže na Karolinu, respektive předchozí Salomon,“ přiblížil plány do budoucna ředitel IT4Innovations.

Budoucnost je ale v experimentálních kvantových počítačích. I s nimi se v ostravském superpočítačovém centru počítá. Už příští rok by se měl v prostorách nedaleko kolejí Vysoké školy báňské stavět kvantový počítač konsorcia LUMI-Q. Koncem září bude vypsáno výběrové řízení na dodavatele komponent.

„Věřím, že se nám podaří vytvořit špičkový ekosystém pro kvantové výpočty, kde budou nejnovější kvantové technologie integrovány do stávající evropské superpočítačové infrastruktury, což může v budoucnu vést k významným průlomům. Kvantový počítač bude integrovaný s Karolinou, kterou bude využívat jako přístupový interface,“ nastínil kvantovou budoucnost Vít Vondrák.