Tα σούπερ κομπιούτερ γίνονται απαραίτητα για την επιστημονική έρευνα και την υλοποίηση σύνθετων δοκιμών
Πόσο χρόνο χρειάζεται ο ανθρώπινος εγκέφαλος για να υπολογίσει πόσο κάνει 3,20 επί 2,15; Σίγουρα αρκετά περισσότερο από ένα δευτερόλεπτο. Ποιος θα αμφισβητούσε ότι ένας άνθρωπος που είναι σε θέση να υπολογίσει σε ένα μόλις δευτερόλεπτο το γινόμενο ενός πολλαπλασιασμού, μάλλον, ανήκει σε κάποιο πιο εξελιγμένο είδος; Ακόμη όμως, και σε αυτή την περίπτωση, δύσκολα θα μπορούσε να εντοπιστεί άνθρωπος στη Γη που να είναι σε θέση να πραγματοποιήσει δεκάδες ή εκατοντάδες αριθμητικές πράξεις σε ένα δευτερόλεπτο.
Ωστόσο, η άμεση πραγματοποίηση μαζικών υπολογισμών (γνωστών στην Πληροφορική ως πράξεις κινητής υποδιαστολής επειδή η υποδιαστολή των αριθμών μετακινείται βάσει των υπολογιστικών αναγκών) είναι μία από τις βασικές προϋποθέσεις για να προχωρήσει η ανθρωπότητα και να δοκιμαστούν ανακαλύψεις και εφευρέσεις. Αυτή η ανάγκη γέννησε αρχικά τον ηλεκτρονικό υπολογιστή και αργότερα τους υπερυπολογιστές. Πρόκειται για ιδιαίτερα προηγμένων δυνατοτήτων υπολογιστικά συστήματα, τα οποία είναι σε θέση να πραγματοποιούν σχεδόν άπειρες και ιδιαίτερα σύνθετες αριθμητικές πράξεις ανά δευτερόλεπτο. Για παράδειγμα, η Ιαπωνία χάρη στο σύστημα υπερυπολογιστών Fugaku, που είναι το τρίτο μεγαλύτερο παγκοσμίως, είχε πλεονέκτημα στη μάχη κα-τά του κορωνοϊού, με σειρά ερευνών για τη δημιουργία φαρμάκων.
«Οι χώρες που διαθέτουν τους μεγαλύτερους υπερυπολογιστές διαθέτουν το συγκριτικό πλεονέκτημα και είναι σε θέση να αναπτύξουν τεχνολογία αιχμής. Οι ΗΠΑ, η Κίνα και η Ιαπωνία διαγκωνίζονται με στόχο την ανάπτυξη κορυφαίας τεχνολογίας υπερυπολογιστών που αποτελούν το συνώνυμο της τεχνολογικής υπεροχής. Η Ευρώπη άρχισε τα τελευταία χρόνια να επενδύει στην ανάπτυξη των υπερυπολογιστών», αναφέρει ο καθηγητής Νεκτάριος Κοζύρης και κοσμήτορας στη Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών. Ο κ. Κοζύρης αποτελεί τον εθνικό εκπρόσωπο της Κοινής Επιχείρησης για την ευρωπαϊκή υπολογιστική υψηλών επιδόσεων (EuroHPC JU) και πρόεδρο Γνωμοδοτικού Συμβουλίου του Εθνικού Δικτύου Υποδομών Τεχνολογίας και Ερευνας (ΕΔΥΤΕ).
Διάδοχος του ARIS
Το ΕΔΥΤΕ διαθέτει μια μικρού μεγέθους υποδομή υπερυπολογιστών, το ARIS (Advanced Research Information System), που φιλοξενείται σε ειδικά διαμορφωμένο χώρο 100 τ.μ. στο κτίριο του υπουργείου Παιδείας στο Μαρούσι. Ο εν λόγω υπερυπολογιστής έχει αποτελέσει επένδυση της τάξεως των 3 εκατ. ευρώ, χρηματοδοτήθηκε με κοινοτικούς πόρους και τέθηκε σε λειτουργία το καλοκαίρι του 2015. Ωστόσο, παρότι το ARIS είναι το ισχυρότερο υπολογιστικό σύστημα στην Ελλάδα για επιστημονικές εφαρμογές, έχει ώς ένα βαθμό ξεπεραστεί λόγω της σημαντικής προόδου που έχει συντελεστεί παγκοσμίως τα τελευταία χρόνια στο συγκεκριμένο πεδίο. Στο πλαίσιο αυτό, η Ελλάδα και συγκεκριμένα το ΕΔΥΤΕ και το υπουργείο Ψηφιακής Διακυβέρνησης ανταποκρίθηκαν στην πρόσκληση εκδήλωσης ενδιαφέροντος που δημοσιοποίησε, τον Δεκέμβριο του 2021, το EuroHPC JU για την επιλογή τεσσάρων ευρωπαϊκών χωρών που θα φιλοξενήσουν ισάριθμους υπερυπολογιστές μεσαίου μεγέθους. Ως αποτέλεσμα, η Ελλάδα, που κατέθεσε τη δική της πρόταση, πέτυχε να ενταχθεί στο κλειστό κλαμπ των χωρών, μαζί με την Ουγγαρία, την Ιρλανδία και την Πολωνία, που θα φιλοξενήσουν τους δικούς τους υπερυπολογιστές. Η ισχύς των σούπερ κομπιούτερ μετριέται σε Petaflop που αντιστοιχεί σε ένα εκατομμύριο δισεκατομμύριo, δηλαδή ένα τετράκις εκατομμύριο (1.000.000.000.000.000) πράξεις κινητής υποδιαστολής ανά δευτερόλεπτο. Σε σχέση δηλαδή, με το ARIS, ο νέος υπερυπολογιστής έχει μεγαλύτερη ισχύ κατά 60 φορές.
Πρωτοπορία με τον «Δαίδαλο»
Ο υπερυπολογιστής με το όνομα «Δαίδαλος» που θα αποκτήσει η Ελλάδα θα διαθέτει ισχύ 30 Petaflots, δηλαδή θα είναι σε θέση να εκτελεί 30 εκατομμύρια δισεκατομμύρια πράξεις ανά δευτερόλεπτο, όπως εξηγεί ο κ. Κοζύρης, πρόεδρος Γνωμοδοτικού Συμβουλίου του ΕΔΥΤΕ. Σύμφωνα με πληροφορίες, η ογκώδης αυτή υποδομή θα φιλοξενηθεί, κατά πάσα πιθανότητα, σε χώρο 1.000 τετραγωνικών μέτρων στο Τεχνολογικό και Πολιτιστικό Πάρκο Λαυρίου. Για να γίνει αντιληπτό το μέγεθος του «Δαιδάλου», αρκεί να ληφθεί υπόψη ότι το ελληνικό σούπερ κομπιούτερ αντιστοιχεί, σε απόλυτους αριθμούς, σε εκατομμύρια «παραδοσιακούς» υπολογιστές που χρησιμοποιούν ιδιώτες και επιχειρήσεις. Ο υπερυπολογιστής, δηλαδή, που θα αποκτήσει η Ελλάδα θα μπορούσε να ισοδυναμεί με τον αριθμό των υπολογιστών που διαθέτει μια χώρα με πληθυσμό 6 εκατ. κατοίκων. Με τα σημερινά δεδομένα, ο ελληνικός υπερυπολογιστής συγκαταλέγεται στα 15 ισχυρότερα υπολογιστικά συστήματα παγκοσμίως. Οταν, όμως, τεθεί σε λειτουργία, τέλη 2024 – αρχές 2025, ο «Δαίδαλος» εκτιμάται ότι θα ανήκει στα κορυφαία 30-40 υπολογιστικά συστήματα παγκοσμίως, επειδή μέχρι τότε αναμένεται ότι η ισχύς των υπερυπολογιστών θα έχει ενισχυθεί. «Αυτού του είδους οι υποδομές διαθέτουν χρονικό ορίζοντα υλοποίησης δύο έως τριών χρόνων», σημειώνει ο κ. Κοζύρης. Ο ελληνικός υπερυπολογιστής αποτελεί επένδυση 30-32 εκατ. ευρώ, με το 70% του ποσού αυτού να προέρχεται από το Ταμείο Ανάκαμψης και το υπόλοιπο να αποτελεί κοινοτική χρηματοδότηση. Συνολικά το κόστος της συγκεκριμένης υποδομής εκτιμάται ότι θα ξεπεράσει τα 40 εκατ. ευρώ.
«Δημιουργείται σταδιακά στην Ελλάδα ένα σημαντικό οικοσύστημα ερευνητών και επιστημόνων από τους τομείς της ζωής, της υγείας και των φυσικών επιστημών που γνωρίζουν να προγραμματίζουν υπολογιστικά μοντέλα που διαθέτουν υψηλές απαιτήσεις και ως εκ τούτου έχουν ανάγκη από πολύ μεγάλη ισχύ», εξηγεί ο κ. Κοζύρης. Η χώρα μας, όπως προσθέτει ο κ. Κοζύρης, ανήκει στην πεντάδα των ευρωπαϊκών χωρών, μεταξύ των οποίων η Γερμανία, η Γαλλία και η Ισπανία, που εμφανίζουν τις μεγαλύτερες επιδόσεις στον τομέα της έρευνας των υπερυπολογιστών. Τα επόμενα βήματα για να τεθεί σε λειτουργία ο «Δαίδαλος» περιλαμβάνουν την προμήθεια, την εγκατάσταση του κατάλληλου εξοπλισμού αλλά και την απαιτούμενη διαμόρφωση του χώρου των 1.000 τ.μ. όπου θα φιλοξενηθεί ο ελληνικός υπερυπολογιστής. Στο ελληνικό σούπερ κομπιούτερ θα έχουν τη δυνατότητα να «τρέξουν» τα πειράματά τους ερευνητικά κέντρα, πανεπιστήμια αλλά και εταιρείες εντός και εκτός Ελλάδας. Ερευνητές δηλαδή και επιστήμονες σε τομείς όπως η Υπολογιστική Χημεία, η Φυσική, η Βιολογία, η Βιοϊατρική, η Μετεωρολογία και η Σεισμολογία θα έχουν τη δυνατότητα να πραγματοποιήσουν τις δοκιμές τους στον «Δαίδαλο», που θα επιτρέψει στην Ελλάδα να ισχυροποιήσει τη θέση της και στον παγκόσμιο χάρτη της επιστημονικής έρευνας.
Πανίσχυρο εργαλείο με πολλαπλές εφαρμογές στην έρευνα
Τι θα συνέβαινε εάν δεν υπήρχαν οι υπερυπολογιστές; Θα χρειάζονταν… χιλιάδες χρόνια προκειμένου να εκτελεστούν επιστημονικές εφαρμογές που απαιτούν την υλοποίηση πολλών εκατομμυρίων μαθηματικών πράξεων ή την επεξεργασία μεγάλου όγκου δεδομένων. «Λόγω αυτών των απαιτήσεων, τέτοιου είδους προβλήματα είτε θα χρειάζονταν απαγορευτικά μεγάλο χρόνο για να ολοκληρωθούν σε έναν απλό υπολογιστή γραφείου είτε λόγω περιορισμένων πόρων (π.χ. κεντρική μνήμη, αποθηκευτικός χώρος) δεν είναι εφικτό να πραγματοποιηθούν καθόλου», σημειώνει ο κ. Κοζύρης. Οι υπερυπολογιστές, όπως εξηγεί το ΕΔΥΤΕ, ξεπερνούν τους περιορισμούς αυτούς χρησιμοποιώντας εξειδικευμένο υλικό τελευταίας τεχνολογίας κάθε χρονική στιγμή, εκμεταλλευόμενοι παράλληλα την υπολογιστική ισχύ από πολλαπλές υπολογιστικές μονάδες. Eνας υπερυπολογιστής σήμερα είναι στην πραγματικότητα ένα σύστημα από εκατοντάδες ή και χιλιάδες υπολογιστές (που λειτουργούν ως «κόμβοι») που επικοινωνούν μεταξύ τους χρησιμοποιώντας ένα πολύ γρήγορο δίκτυο και οι οποίοι συνεργατικά μπορούν να επιλύουν προβλήματα με μεγάλη ταχύτητα.
Eνας υπερυπολογιστής είναι ένα πανίσχυρο εργαλείο πραγματοποίησης έρευνας. Σήμερα οι υπερυπολογιστές χρησιμοποιούνται για να επιλύσουν μερικά από τα σημαντικότερα προβλήματα της ανθρωπότητας, όπως η προέλευση του Σύμπαντος, η ανακάλυψη νέων φαρμάκων, οι έρευνες για την κλιματική αλλαγή και άλλα. Ενδεικτικές εφαρμογές περιλαμβάνουν, στη Βιοχημεία, τη μελέτη βιολογικών διεργασιών και πιθανών τρόπων παρέμβασης, στη Χημεία, τη μελέτη ιδιοτήτων ατόμων, ενώσεων (π.χ. σχεδίαση νέων υλικών), στη Φυσική, την προσομοίωση φαινομένων και την ερμηνεία των παρατηρήσεων των αστροφυσικών για το Σύμπαν. Η απεριόριστη λίστα των εφαρμογών που είναι δυνατόν να στηριχθούν στους υπερυπολογιστές περιλαμβάνει τη μελέτη των κλιματολογικών αλλαγών στην Ελλάδα και τους παράγοντες που επηρεάζουν το κλίμα, τη βελτίωση των μοντέλων πρόγνωσης που χρησιμοποιούνται ή τη μέτρηση της ατμοσφαιρικής ρύπανσης.
Διαχείριση της COVID-19
Στην Ιαπωνία, ο υπερυπολογιστής Fugaku έπαιξε καταλυτικό ρόλο στη διαχείριση της πανδημίας, καθώς χρησιμοποιήθηκε για την πραγματοποίηση προσομοιώσεων με (εικονικά) σταγονίδια και αερολύματα του κορωνοϊού ώστε να διαπιστωθεί πόσο αποτελεσματική έναντι της διάδοσης του ιού είναι η χρήση μάσκας.
Οι επιστήμονες, για να μελετήσουν πόσο γρήγορα μεταδίδεται ο κορωνοϊός σε διαφορετικά περιβάλλοντα, όπως το γραφείο, οι σχολικές αίθουσες, τα εστιατόρια, τα θέατρα και τα μέσα μαζικής μεταφοράς, «έτρεξαν» στον υπερυπολογιστή Fugaku σειρά πειραμάτων με αερολύματα και σταγονίδια που ταξιδεύουν μέσω του βήχα. Ετσι κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι η χρήση μάσκας σε συνδυασμό με καλό εξαερισμό περιορίζουν σημαντικά το ρίσκο μόλυνσης με COVID-19.
Αυτή τη στιγμή, τον μεγαλύτερο υπερυπολογιστή, με το όνομα Frontier, διαθέτουν οι ΗΠΑ: είναι σε θέση να πραγματοποιήσει 1 δισεκατομμύριο δισεκατομμύρια (πεντάκις εκατομμύρια) πράξεις κινητής υποδιαστολής ανά δευτερόλεπτο. Το τρίτο μεγαλύτερο σούπερ κομπιούτερ (Lumi) βρίσκεται στη Φινλανδία και η θερμότητα που θα απορρίπτει θα καλύπτει το 20% των αναγκών θέρμανσης της πόλης Kajaani. Η ποσότητα ενέργειας που παράγει αντιστοιχεί σε αυτήν που παράγουν 4.000-5.000 αυτοκίνητα. H Ελλάδα, παρά την πρόοδο που έχει πραγματοποιήσει, επενδύει με σχετική καθυστέρηση στην ανάπτυξη συστημάτων υπερυπολογιστών.
kathimerini.gr
