Petaflopy w zaprzęgu. Do czego używa się superkomputerów?

Wiele pisze się o najszybszych i najlepszych superkomputerach świata - o ich astronomicznej mocy przerobowej, milionach dolarów zainwestowanych przez producentów i trwającym wyścigu o laur pierwszeństwa w zestawieniu TOP 500. Ale właściwie po co nam te superkomputery? Oto kilka najważniejszych projektów, nad którymi dzielnie pracują dwie najszybsze maszyny obliczeniowe świata.

Przedstawiony na zdjęciu otwierającym superkomputer to chiński moloch Tianhe-2. Obecnie zajmuje on pierwsze miejsce na liście TOP500 najwydajniejszych superkomputerów świata. Tianhe-2 nie został jeszcze wykorzystany do żadnych konkretnych zadań, ale już dziś wiadomo, co będzie robił w przyszłości.

Chiński cyberprzodownik pracy powstał w ramach "projektu 863". Program ten działa wyłącznie pod kontrolą chińskiego rządu, którego oddelegowanym ramieniem naukowym jest NUDT, czyli National University of Defense Technology. W tym miejscu pojawia się pierwsze zastosowanie nowej jednostki - armia. Możemy być pewni, że moc obliczeniowa Tianhe-2 posłuży do opracowania nowych myśliwców, rakiet oraz pojazdów kosmicznych (również pod opieką wojska).

Większość zadań wykonywanych przez superkomputer będzie dotyczyła wojska. Aplikacje instalowane na superkomputerze wykonują kalkulacje w ramach CFD, czyli obliczeniowej mechaniki płynów. Jest to dział mechaniki stosowany podczas opracowywania nowych modeli samolotów. Wedle relacji już teraz trwają próbne obliczenia dotyczące samolotu Comac C919, który ma zrewolucjonizować azjatycki transport pasażerski.

Wspomniano także o aplikacjach BOA, czyli programach do analizy biznesowej. Co ciekawe, Tianhe-2 posłuży również do obsługi chmury rządowej zwanej e-Government.

Warto także wspomnieć o innych gałęziach działalności NUDT, bo jest wielce prawdopodobne, że Tianhe-2 także zostanie w ich ramach wykorzystany. Do najważniejszych należy biotechnologia, czyli manipulacje genami, oraz inżynieria materiałowa, czyli projektowanie nowych tworzyw (na poziomie molekularnym).

Inaczej sprawa ma się z weteranami czasochłonnych obliczeń na wielką skalę. Portfolio projektów jest bogate, także w rzeczy czysto naukowe. Jednym z takich weteranów jest Titan wybudowany przez firmę Cray, stacjonujący w Oak Ridge National Laboratory.

Titan jest nieco słabszy od nowej konstrukcji z Chin, ale bez problemu spełnia wymagania zleceniodawców. W 2013 r. Titan ma przerobić 31 operacji. Z reguły superkomputer z Oak Ridge obsługuje 5 operacji jednocześnie. Do najważniejszych obliczeń Titana można zaliczyć S3D. Jest to molekularny model spalania, którego zadaniem miała być optymalizacja silników Diesla oraz procesu spalania biopaliw.

Drugim w kolejności projektem był WL-LSMS. Jest to symulacja interakcji pomiędzy elektronami i atomami w materiałach magnetycznych o temperaturze zera absolutnego. Klikając tutaj, możecie zobaczyć, jak wygląda tłumaczenie zapisu matematycznego na kod obsługiwany przez Titana.

Arcyciekawym i bardzo dużym przedsięwzięciem był Denovo, czyli symulacja reakcji zachodzących wewnątrz klasycznych reaktorów atomowych. Celem obliczeń było poprawienie wydajności jednostek najnowszej generacji oraz ograniczenie produkcji odpadów. Wizualizacja wyników wygenerowanych przez Titana widoczna jest poniżej wraz z wersją prezentacyjną.

LAMMPS to z kolei niezwykle zaawansowany kod, którego zadaniem jest symulacja cząstek o zmiennej skali i modelu (kwantowym/relatywistycznym). Wyniki przydadzą się podczas opracowywania nowych materiałów, półprzewodników, polimerów o konkretnych właściwościach. Jedna z aplikacji napisanych na potrzeby programu widoczna jest poniżej.

Aktualnie przeprowadzanym programem jest między innymi VERA, czyli pełna symulacja reaktora na lekką wodę (zwykłą) CASL. Symulacja przeprowadzana na Titanie pozwala zbadać stan każdego z elementów reaktora przez cały okres użytkowania jednostki. Dzięki mocy przerobowej superkomputera uda się przeprowadzić symulację pełnego cyklu reaktora (36 miesięcy) w ciągu 7 dni. Wciąż trwają prace nad kodem, ale wstępną wizualizację obliczeń możecie obejrzeć niżej. Wykres przedstawia rozprzestrzenianie się neutronów w reaktorze znajdującym się w Watts Bar w Tennessee.