Super-počítač

Hvězdy na počítačové scéně: mimořádně výkonné, ale také reprezentativní záležitost. Superpočítače provádějí výpočty pro vojenské účely či pro fyzikální modelování, řeší složité výpočetní úlohy, např. při výzkumu genomu.
  PETR SEIFFERT  

Datum 11. května se zapsalo do dějin počítačů kvůli šachové partii. V šesté a rozhodující partii dal totiž mistru světa Garrimu Kasparovovi šach mat počítač od firmy IBM – Deep Blue. Kasparov se nečekaně vzdal už po devatenácti tazích a zápas člověk versus počítač byl rozhodnut. Počítač společnosti IBM se tak stal prvním strojem v historii, který v klasickém šachovém souboji zdolal úřadujícího mistra světa.
Pro IBM to byla jistě dobrá reklama. Deep Blue byl ale postaven, naprogramován a několikrát upravován speciálně pro tento účel a nikdy to nebyl nejrychlejší počítač na světě. Ve srovnání s jinými superpočítači byl v podstatě pomalý. V Top 500 – oficiálním žebříčku superpočítačů (top500.org) – byl v červnu roku 1997 až na 256. místě. Po patnácti letech už se v tomto seznamu samozřejmě ani nevyskytuje. Každý rok se totiž pořadí mění a přibývají do něj nové výkonné stroje. Většina počítačů ze seznamu Top 500 se nachází v Severní Americe. Nejrychlejším evropským počítačem je SuperMuc (je na čtvrtém místě), který je umístěn v německém Mnichově. Český paralelní superpočítač Amálka, umístěný v Ústavu fyziky atmosféry Akademie věd ČR, se do seznamu nedostal. Protože superpočítače generují množství odpadního tepla a spotřebují hodně energie, od roku 2012 existuje další seznam, nazvaný Green 500. Rozhodujícím měřítkem pro umístění v tomto žebříčku jsou megaflopsy na watt. Počítač IBM BlueGene je v horní části tohoto seznamu.
Konstruktéři superpočítačů i vlastní superpočítače jsou v oboru informačních technologií samozřejmě hvězdami. Systémy, jejichž náklady se dostávají do milionů, jsou schopné zpracovat obrovské množství dat a poradit si se složitými úlohami. Počítají například klimatické modely pro celá desetiletí dopředu, simulují chování laku automobilu v aerodynamickém tunelu pro dny, týdny i měsíce, používají se pro kryptoanalýzu a modely dopravních situací. Zvládnou za chvíli to, co by běžný počítač nespočítal ani za padesát let. Používají se i pro vývoj jaderných zbraní – například pro výpočet tlakové vlny. Díky těmto simulacím se už v USA neprovádějí skutečné jaderné testy. Superpočítače vypočítávají i vesmírné kolize nebo trikové filmové scény a předpovídají počasí. Do roku 2030 budou patrně schopné předpovědět spolehlivě počasí na 14 dní dopředu.

Testovací objekty pro budoucí technologie

První superpočítač sestavil v roce 1964 Seymour Cray z USA, který je považován za otce superpočítačů a zakladatele s tím spojeného průmyslu. Jeho první superpočítač byl větší než skříň a zabral téměř celou místnost. Seymour Cray řekl: „Není problém vyrobit výkonný procesor, trik ale spočívá v tom, vytvořit celý výkonný systém.“ Seymour měl řadu revolučních nápadů, které vývoj takovýchto systémů umožnily. Řada z nich se v příštích desetiletích přenesla do procesorů běžných osobních počítačů – například pipeline.
Ta umožňuje, aby počítač rozdělil příkazy na malé oddělené operace, místo toho, aby sekvenčně prováděl příkazy jeden po druhém. Procesor tak může pracovat na dalším příkazu, aniž by byl ten předchozí dokončen. To značně urychluje práci. Seymour vyvinul první komerčně úspěšný počítač pro společnost CDC – jeho CDC-6000 měl výkon tři miliony operací za sekundu (flops). Poté založil vlastní firmu Cray Research a v roce 1976 vyvinul legendární Cray-1. První exemplář s výkonem 160 flops byl prodán za 8,8 milionu dolarů Los Alamos National Laboratory.
Flops je zkratka pro „FLoating-point OPerations per Second“, tedy počet operací v plovoucí řádové čárce za sekundu, a jde o obvyklé měřítko výkonnosti počítačů, která se zjistí pomocí standardního benchmarku Linepack. V roce 1964 se zdál výkon CDC-6000 senzační, dnes je ale spíše legrační. V roce 1997 měl DeepBlue výkon 11,38 miliardy flops. Prvním počítačem, který dosáhl výkonu přes jeden teraflops (konkrétně 1,068 bilionu flops), byl ASCI Red. I když Linepack neměří jen rychlost procesoru, ale i celkový výkon, není jeho použití bez diskuse. Je to proto, že počítač s jinou architekturou může pracovat s Linepackem lépe a jiný může být znevýhodněn. Přesto všechno se jednotlivé státy nebo vědecké instituce snaží vyvinout nejrychlejší počítač na světě. Dlouhou dobu byly v čele žebříčku Top 500 většinou Spojené státy, koncem 80. let se však do popředí dostalo Japonsko. V současnosti se na první místa dere Čína a obecně v popředí je Asie. Superpočítač nazvaný „K“ byl postaven společností Fujitsu a byl uveden do provozu v roce 2011 v Kobe v Japonsku. Hrdí Japonci po něm pojmenovali stanici metra v Kobe. Počítač je osazen procesory s celkem 705 024 jádry, běží na Linuxu a zvládne 10,51 petaflops. Dalším asijským superpočítačem je čínský Tianhe-1A (2,507 Pflops). Nicméně prvenství se opět vrátilo do USA, kde byl nedávno uveden do provozu superpočítač IBM Sequoia s výkonem 16,32 flops. O výpočty se stará celkem 1,6 milionu procesorových jader (a 1 572 864 GB paměti) a tento superpočítač je využíván Národním institutem Lawrence Livermora v Kalifornii pro předpovědi zemětřesení a jaderný výzkum. Superpočítače však počítají i méně závažné úlohy. Výrobci značky Pringles opakovaně odlétaly lupínky z výrobního pásu, takže si nechal od superpočítače vypočítat jejich aerodynamický tvar.

Časová osa Chipu

1837
Analytický stroj
Charles Babbage přišel s nápadem sestrojit programovatelný počítač – analytický stroj. Je považován za otce počítačů.
1941
Zuse Z3
Konrad Zuse navrhl první funkční programovatelný počítací stroj – Z3. Počítač, který měl velikost skříně (používal 2 600 relé), byl v roce 1943 zničen při bombardování.
1964
CDC-6600
Seymour Cray postavil první superpočítač na světě, který se prodal za 8 milionů dolarů. Po dlouhou dobu pak byly počítače značky Cray nejrychlejší.
1976
Cray-1
Cray navrhl počítač Cray-1 už ve své vlastní společnosti. Šlo o jeden z komerčně nejúspěšnějších superpočítačů. Zvládl 250 milionů flops.
1984
M13
Rusové poprvé překročili hranici gigaflopsu se svým počítačem M13. Systém dosahoval působivé rychlosti 2,4 miliardy flops.
1993
Top500
Od roku 1986 vedl profesor Hans Meuer z Mannheimu seznam superpočítačů. V roce 1993 byl nahrazen žebříčkem Top 500.
1995
Nukleární zbraně
V USA se pustili do pokročilé simulace za pomoci superpočítačů. Výpočty tak nahradily reálné testy jaderných zbraní.
1996
Šach mat
Superpočítač DeepBlue porazil ve dvou ze šesti kol mistra světa Garriho Kasparova. V roce 1997 už ve všech.
1997
ASCI Red
Počítač ASCI Red amerických programátorů se stává prvním superpočítačem, který překonal hranici teraflopsu.
2008
Petaflops
O jedenáct let později byla prolomena hranice petaflopsu (biliarda). Počítač s tímto výkonem, IBM Roadrunner, stál 133 milionů dolarů.
2010
Tianhe-1A
USA byly dlouho lídrem tabulky Top 500, ale v roce 2010 se na první místo dostal čínský superpočítač
2012
Tianhe-1A. Sequoia
V současné době je nejrychlejším počítačem na světě IBM Sequoia s výkonem 16 petaflops (16 000 000 000 000 000 operací v plovoucí řádové čárce za sekundu).
2019
Exaflops
Vývojáři předpovídají, že trilion (to je osmnáct nul za jedničkou) operací za sekundu zvládne počítač někdy kolem roku 2019.