Nauka potrzebuje więcej mocy

Zainteresowanie wykorzystaniem mocy obliczeniowych komputerów wśród polskich badaczy jest tak duże, że naukowcy czekają na wykonanie obliczeń w kolejkach.

Zainteresowanie wykorzystaniem mocy obliczeniowych komputerów wśród polskich badaczy jest tak duże, że naukowcy czekają na wykonanie obliczeń w kolejkach.

Symulacja oddziaływań Amfoterycyny B z błoną fosfolipidową; Badanie struktury elektronowej Nd-Fe-B; Statyka i dynamika konstrukcji płytowo-powłokowych w zakresie sprężysto-lepkoplastycznym i lepkosprężystym; Metoda cząstek gładkich (SPH) w symulacjach przepływów; Grubość optyczna chmur nad Bałtykiem - to przykładowe tematy prac badawczych realizowanych z wykorzystaniem mocy obliczeniowych Centrum Informatycznego Trójmiejskiej Akademickiej Sieci Komputerowej (TASK) w Gdańsku. "Na posiadanych przez nas komputerach dużej mocy liczone są wysoko specjalistyczne, bardzo szczegółowe zadania z różnych dziedzin nauki" - mówi Mścisław Nakonieczny, dyrektor Centrum Informatycznego TASK.

Podobnie jest w innych akademickich centrach superkomputerowych w naszym kraju. Zainteresowanie wykorzystaniem mocy obliczeniowych jest tak duże, że naukowcy czekają na wykonanie swoich obliczeń w kolejkach. Specjalne, informatyczne systemy kolejkowe przydzielają zadania na poszczególne maszyny czy procesory. Dzielone są one w ten sposób, by uzyskać jak najlepsze, najefektywniejsze wykorzystanie i równomierne obciążenie posiadanych zasobów.

Badacze mogą wybierać, w którym miejscu chcą zrealizować swój projekt. Centra superkomputerowe w poszczególnych miastach świadczą usługi na rzecz całego środowiska naukowego w kraju. Ich działalność finansowana jest zarówno ze środków uczelni, jak i budżetu Ministerstwa Nauki i Szkolnictwa Wyższego. Siłą rzeczy jednak gros zadań w każdym ośrodku wykonywanych jest na potrzeby miejscowych środowisk naukowo-badawczych. Specyfika ich zainteresowań wpływa na zakres i charakter obliczeń wykonywanych w poszczególnych centrach. I tak, przykładowo, TASK "specjalizuje się" w obliczeniach na rzecz chemii i fizyki wysokich energii, PCSS (Poznańskie Centrum Superkomputerowo-Sieciowe) - w biochemii i fizyce molekularnej, krakowski Cyfronet - w biologii i meteorologii, warszawski ICM - w biotechnologii. Istotne różnice widoczne są jednak dopiero na poziomie szczegółowych tematów prac badawczych, gdyż wiodące, podstawowe dziedziny badań są wszędzie takie same.

Chemia, fizyka i biologia są, generalnie, tymi dziedzinami nauki, na rzecz których wykonuje się obecnie najwięcej obliczeń. Zadania z tych dziedzin wymagają też największych mocy obliczeniowych. "Bez dostępu do dużych mocy obliczeniowych wiele badań byłoby dzisiaj w ogóle niemożliwych do przeprowadzenia" - podkreśla prof. Ryszard Adamiak, kierownik Pracowni Chemii Strukturalnej Kwasów Nukleinowych w Instytucie Chemii Bioorganicznej PAN w Poznaniu. Kierowany przez niego zespół pracuje nad poznaniem struktury, funkcji i relacji w najważniejszych obszarach RNA na poziomie atomowym i molekularnym. "Ze względu na wielkość i złożoność cząsteczek obliczenia są bardzo pracochłonne. Liczenie niektórych zadań na 32-procesorowym klastrze potrafi trwać tygodniami" - mówi prof. Ryszard Adamiak. Z superkomputerów Poznańskiego Centrum Superkomputerowo-Sieciowego korzysta m.in. przy analizie strukturalnej cząsteczek RNAwirusów HIV 1 i 2.

W archiwach siła

Jacek Niwicki, zastępca dyrektora ds. komputerów dużej mocy w Akademickim Centrum Komputerowym Cyfronet w Krakowie

Jacek Niwicki, zastępca dyrektora ds. komputerów dużej mocy w Akademickim Centrum Komputerowym Cyfronet w Krakowie

"Zainteresowanie ze strony naukowców w Polsce było i jest znacznie większe niż moce obliczeniowe, którymi dysponują centra superkomputerowe w naszym kraju" - ocenia dr inż. Norbert Meyer, kierownik Działu Komputerów Dużej Mocy w Poznańskim Centrum Superkomputerowo-Sieciowym w Poznaniu. Jego zdaniem, od lat nie zmieniają się dziedziny nauki, w których jest największe zapotrzebowanie na moce obliczeniowe - w ostatnim czasie zmieniły się jednak oczekiwania użytkowników. Związane jest to m.in. z tym, że dużo polskich jednostek naukowo-badawczych bierze udział w programach Unii Europejskiej. "Staramy się, aby był dostęp do mocy obliczeniowych również w Europie" - twierdzi Norbert Meyer.

Zauważalna jest zmiana wymagań użytkowników wobec wykorzystywanych do realizacji zadań aplikacji. Muszą być one coraz bardziej zaawansowane, wyspecjalizowane, niezawodne. Wszystkie centra superkomputerowe w naszym kraju oferują naukowcom dostęp do profesjonalnych, gotowych, kupowanych na rynku programów. Czasami zdarza się jednak i tak, że w szczególnych sytuacjach badacze sami przygotowują dedykowane konkretnemu zadaniu rozwiązanie. W centrach prowadzone są również prace badawczo-rozwojowe w celu przygotowania własnych, specyficznych aplikacji.

Wzrasta zapotrzebowanie naukowców na moce obliczeniowe. Realizowane przez nich projekty badawcze wymagają coraz większych mocy komputerów. Ale nie tylko. Coraz bardziej istotnym elementem infrastruktury centrów superkomputerowych stają się systemy archiwizowania i składowania danych. "W ostatnich latach zwiększa się stale ilość danych dostarczanych do przetworzenia w ramach realizowanych projektów badawczych. Generowane są również olbrzymie ilości danych do dalszych obliczeń" - wyjaśnia Jacek Niwicki, zastępca dyrektora ds. komputerów dużej mocy w Akademickim Centrum Komputerowym Cyfronet w Krakowie. W niektórych specjalnościach otrzymane wyniki są potem wielokrotnie przetwarzane przez lata. To wymaga dobrego składowania i klasyfikacji danych, żeby był do nich łatwy i skuteczny dostęp. "Same duże moce obliczeniowe, bez odpowiedniego zaplecza do magazynowania olbrzymich ilości danych, są już dzisiaj, w zasadzie, bezużyteczne" - dodaje Jacek Niwicki.

Centra superkomputerowe w Polsce

  • Centrum Informatyczne Trójmiejskiej Akademickiej Sieci Komputerowej w Gdańsku
  • Akademickie Centrum Komputerowe Cyfronet w Krakowie
  • Poznańskie Centrum Superkomputerowo-Sieciowe w Poznaniu
  • Interdyscyplinarne Centrum Modelowania Matematycznego i Komputerowego ICM w Warszawie
  • Wrocławskie Centrum Superkomputerowo-Sieciowe