Superpočítač Aurora se bude využívat pro modelování měnícího se klimatu v lokálním českém měřítku a propočítávat scénáře budoucího vývoje. Nepůjde tedy pouze o předpověď počasí na týden dopředu, ale také o složité modelování vývoje klimatu celé střední Evropy.
Superpočítač s velkou spotřebou
Nový superpočítač pochází od japonské společnosti NEC. ČHMÚ už jeden superpočítač stejné značky má. Právě na něm běží všem z televizních obrazovek a internetových portálů dobře známá předpověď počasí, tzv. model ALADIN.
Stávající stroj má výkon asi 0,27 PFLOPS, což se dá přirovnat k 27 konzolím PlayStation 5. Oproti tomu nový superpočítač nabízí výkon 1 PFLOPs, stojí 60 milionů korun včetně systému chlazení a jeho energetická spotřeba dosahuje ve špičce 70 kW.
Aurora není nejlepší, ale...
„V žebříčku nejlepších pěti set počítačů na světě asi nebudeme a ani nás to netrápí. Tam se totiž řadí stroje podle teoretického špičkového výkonu, který bývá zvýšen hlavně grafickými kartami,“ vysvětluje RNDr. Radmila Brožková, CSc., z ČHMÚ s odkazem na seznam 500 nejvýkonnějších superpočítačů světa, který najdete na webu top500.org.
„Nám nejde o teoretický výkon, ale o skutečný udržený výkon na naší aplikaci,“ dodává. Podtrhuje tím, že superpočítače jsou navržené tak, aby co nejlépe vyhovovaly požadavkům, tedy hlavní aplikaci, která na něm poběží.
Čtyři skříně
Superpočírač Aurora není fyzicky nijak zvlášť velké zařízení. Výpočetní komponenty, říká se jim výpočetní uzly, jsou umístěny pouze ve třech skříních. 384 z nich tvoří tzv. vektorové servery a 48 klasické servery. Čtvrtá skříň obsahuje specifické přístupové a řídicí servery a také úložiště s ultra rychlými operacemi čtení a zápisu o kapacitě 2 petabajtů (2 PB). To je asi 1000x víc, než má běžný pevný disk ve vašem notebooku.
Počítač je umístěn v areálu ČHMÚ v Praze-Komořanech. Je vybaven monitorovacím systémem, který upozorňuje operátora na případné hardwarové nebo softwarové chyby. Monitoring je zajištěn 24 hodin denně, sedm dní v týdnu, a to jak ze strany dodavatele, tak operátory z dohledového centra ČHMÚ.
Odborníci jsou nutní
Abyste mohli se superpočítačem Aurora pracovat, musíte projít potřebným školením u dodavatele. Případně být specialistou v oddělení numerických předpovědí počasí. Radmila Brožková vysvětluje, že technologické vybavení samo o sobě je v tomto případě k ničemu, pokud ho nedoplňují odborníci s matematicko-fyzikálním vzděláním, kteří modely atmosféry vyvíjejí.
Model ALADIN
Model počasí je vlastně obrovská soustava velmi složitých matematických rovnic a vstupních dat. Hlavním úkolem modelu je spočítat vývoj atmosférického proudění, tedy rychlosti a směru větru, teploty a tlaku.
Virtuální model atmosféry se rozdělí na třírozměrné výpočetní boxy (představte si je třeba jako kvádry v Minecraftu), jejichž velikost je dána rozlišením modelu. Zmíněný model ALADIN počítá s boxy o délce 2,3 km a proměnlivé výšce desítek až stovek metrů.
V rozích boxů jsou takzvané uzlové body, ALADIN jich má více než 80 milionů. V každém z nich je potřeba provést 24 tisíc výpočetních operací za jeden časový krok. Předpověď vzniká jako suma zmíněných složitých rovnic v čase.
Letadla i družice
Další důležitou komponentou modelu je popis fyzikálních procesů v atmosféře. To je třeba ohřev od slunce nebo tepelné vyzařování zemského povrchu a atmosféry, mikrofyzika oblačnosti a srážek, vliv pohoří nebo interakce s povrchem, třeba vodními plochami, budovami či vegetací.
Vstupními daty pro výpočet předpovědi je současný stav atmosféry. Data přicházejí z pozemních meteorologických stanic, radio-sondážních měření, z leteckého provozu, radarů i meteorologických satelitů.
Je jasné, že jde o extrémně náročnou výpočetní úlohu. A protože předpovědi jsou potřeba získávat rychle – obvykle do 45 minut, nic jiného než právě superpočítače je nemůže zvládnout.
Superpočítačové centrum v Ostravě
Zdaleka nejrozsáhlejší superpočítačovou infrastrukturou v Česku dnes vládne VŠB – Technická univerzita Ostrava. Tamní národní superpočítačové centrum IT4Innovations je předním výzkumným a inovačním centrem v oblasti vysoce výkonného počítání, datových analýz a umělé inteligence.
Tamní superpočítač Salomon má výkon 2 PFLOPS. Během letošního roku tam ale bude zprovozněn nový superpočítač EURO_IT4I, který se zařadí mezi šest nejvýkonnějších v Evropě a dnes by byl 21. na světě.
Měl by dosahovat teoretického výpočetního výkonu 15,2 PFLOPS. To znamená, že zvládne 15,2 kvadrilionu operací v plovoucí řádové čárce za sekundu. Bude ho tvořit přes 800 serverů, 560 GPU akcelerátorů (obdoba výkonné grafické karty) a až 24 TB sdílené paměti. Rychlé datové úložiště poskytne kapacitu více než 1 PB (1 petabajt = 1000 terabajtů).
