Japonsko patří k superpočítačovým velmocem. Jeden takový stroj jsme navštívili. Výkon má v petaFLOPS a pomáhá tamnímu vesmírnému výzkumu.
Connect.cz z Tokia: Sídlo Japonské vesmírné agentury JAXA působí velice nenápadně. Nachází se v oblasti Chofu asi hodinu a půl jízdy od centra Tokia a nic příliš nenapovídá tomu, že by se tady mělo něco zajímavého odehrávat. Pár malých budov uprostřed obydlené oblasti. Japonci nehrají ve světových vesmírných výzkumech tu největší roli. Ovšem mají plán a k jeho realizaci jim slouží i nově vylepšovaný superpočítač.
JAXA není tak slavnou organizací jako americká NASA, evropská ESA, čínská CNSA nebo nově také soukromá společnost SpaceX. Japonci do vesmíru vyslali pár sond, většina z nich se ale ve výsledku porouchala. JAXA nedisponuje kvalitními nosiči a v této oblasti se musí spoléhat na spolupráci s dalšími subjekty. Plány agentury do budoucna ale toto všechno chtějí překonat. Vize a strategie 2025 počítá s vývojem nové generace vesmírných raket, transporty do vesmíru a průzkumem měsíce a dalších planet.
Jednou věcí, kterou JAXA budí zájem i ve světě, je takzvaný větrný tunel. V podstatě jde o obrovský uzavřený prostor, do něhož se pouští různě silné proudění vzduchu. Do tohoto tunelu se vkládají letadla či rakety a je tak možné simulovat chování strojů ve skutečném prostředí.
Zpracování obřích objemů dat
„Testování ve větrném tunelu není levnou záležitostí a velice snadno může dojít k poškození modelů. V reálném čase proto snímáme data a přizpůsobujeme podle nich podmínky. Šetří nám to spousty peněz a problémů,“ popisují těžko srozumitelnou angličtinou japonští vesmírní inženýři, kteří zrovna jednu simulaci předvádí.
Odložte si a račte dále.
Na displejích vidí fyzický model letadla v tunelu, jehož jednotlivé části se zabarvují podle zatížení. Podobné znázornění je možné pozorovat také u samotného proudění vzduchu. „Data, která takto získáváme, se pak hodí pro další simulace a porovnání s jinými informacemi. Napojujeme je třeba na aktuální data o počasí či informace ze všemožných senzorů.“
Projektů postavených na simulaci aerodynamiky a proudění vzduchu je v JAXA několik. Pracuje se zde například na snížení hlučnosti vrtulí helikoptér, simulaci turbulencí, fungování tryskových motorů, redukci hluku podvozku při přistávání letadel, simulaci nárazových vln na křídla, startu nosných raket epsilon či třeba chování kapsulí, které by měly být součástí japonského vesmírného programu a vypravení mise s lidskou posádkou.
Všechny tyto operace se realizují díky výkonnému superpočítači, kterým JAXA disponuje. Nejde o jednoduché výpočty, ale komplexní simulace, které mají replikovat skutečnost. „V podstatě děláme i simulace vesmíru, které jinak není možné na zemi realizovat,“ říkají vědci. K podobným účelům se ostatně používají také další superpočítačová centra po celém světě.
Spojení více superpočítačů do jednoho
Japonský vesmírný program se superpočítači pracuje už od roku 1960, kdy byl poprvé nainstalován stroj nazvaný DATATRON. Šlo o americký superpočítač, který byl o sedm let později nahrazen přístrojem domácí výroby. Počítač HITAC 5020 od firmy Hitachi zahájil éru japonských 3D simulací a výpočtů a otevřel vrátka pro další generace japonských superpočítačů. V sedmdesátých letech se přešlo na počítač FACOM od společnosti Fujitsu, která v tomto ohledu domácímu vesmírnému programu vládne doposud.
Simulace, díky které se zkoumají možnosti snížení hluku helikoptéry. Tečky kolem vrtule jsou vzduch.
JAXA vznikla v roce 2003 díky sloučení tří dosavadních oddělených vesmírných agentur. Japonci tak pracovali se třemi nezávislými superpočítači. V roce 2008 se nicméně začalo pracovat na projektu nazvaném JAXA Supercomputer System 1 (JSS1). Ten byl do chodu nasazen o rok později a ve své době šlo o vůbec největší superpočítačový systém v Japonsku a patřil i k největším na světě.
JSS1 pracoval s teoretickým výkonem 135 teraFLOPS (TFLOPS) a 10 TB operační paměti a využíval technologii Fujitsu FX1. JSS1 nahradil dosavadní stroj Numerical Simulator III postavený na superpočítačové technologii PRIMEPOWER HPC2500 rovněž od Fujitsu. Ten byl do chodu uveden v roce 2002 a pracoval s 9,6 TFLOPS a 3,6 TB paměti. Na tomto příkladu je vidět, jak rychle jdou superpočítačové technologie dopředu.
„Moorův zákon zde bezpochyby platí a je jasné, že s obměnou budeme v budoucnu pokračovat snad ještě rychleji,“ konstatují inženýři, kteří mají superpočítač v JAXA na starost. Japonská agentura aktuálně do chodu uvádí nový stroj nahrazující zmiňovaný JSS1. Dostal název JSS2 a opět se od toho předchozího zásadně liší.
Ne teraFLOPS, ale petaFLOPS
Na postupném zprovoznění JSS2 se pracuje od loňského roku. Jeho součástí už je technologie Fujitsu FX10. Hlavní systém má být dokončený v roce 2016 a dosáhne na 3,4 petaFLOPS (už tedy ne teraFLOPS) a má být více než dvacetkrát rychlejší než jeho předchůdce. K dnešnímu dni JSS2 využívá 1,31 PFLOPS a 40 TB paměti (z výsledných více než 90).
JSS2 běží na Fujitsu FX10 a přístí rok dosáhne na 3,4 petaFLOPS. Zařadí se tak mezi nejvýkonnější superpočítače světa.
Fujitsu FX10 do tohoto systému dodává více než tři tisíce nodů. Každá taková jednotka má 32 procesorových jader na jeden procesor (využívají se čipy SPARC64, na kterých Fujitsu pracuje také s Oraclem).
Tento hlavní systém je však pouze jednou částí celého superpočítačového clusteru a slouží především k samotným náročným výpočtům z nasbíraných dat. Vedle toho funguje také menší systém s výkonem 53,7 TFLOPS a 10 TB paměti, který se stará o následnou vizualizaci vypočtených informací. Funguje zde také oddělený paměťový systém (2,10 TFLOPS) a přihlašovací systém (1,34 TFLOPS).
JAXA k útrobám JSS2 a Fujitsu FX10 prozatím nepouští, tak alespoň náhledy předchozího FX1.
JAXA rovněž využívá několik vzdálených systémů ve svých dalších vesmírných centrech. Dost často slouží k ukládání dat. Zvláštní jednotkou je archivační systém J-SPACE. Ten ukládá data na tradiční pásky a má kapacitu 20 PB s vyrovnávací pamětí (cache) 0,7 PB. Data proudí v rámci rozsáhlé interní sítě.
Už ne měsíce, ale dny a hodiny
„Neustálé navyšování výkonu nám pomáhá zejména v rychlosti. Superpočítač používáme například také pro korekci obrázků, které dostáváme ze satelitů. Úprava takového obrázku býval proces na měsíce, teď to jde výrazně rychleji,“ libují si vědci.
Lidé z JAXA se příliš nechtějí dělit o některé specifikace jako třeba odběr elektrické energie, náklady na chlazení (Fujitsu FX10 využívá i vodní chlazení) či třeba finanční investice. Z důvodu bezpečnosti ani těch několik málo návštěv nepouští ani přímo do prostor superpočítače a je možné na něj nahlédnout pouze skrze sklo. „Můžeme prozradit, že současnou kapacitu rozestavěného JSS2 využíváme z 90 procent.“
Nenápadný areál JAXA.
Na případě JAXA a JSS2 (i předchozích verzí) je ovšem možné vidět, jak Japonsko dokáže být soběstačné a dokáže využívat v podstatě pouze ty technologie, které si samo vyvine a vyrobí. Další metou je start vlastní rakety. Japonská agentura aktuálně asi 200 kilometrů od hlavního sídla uvádí do provozu odpalovací rampu s přilehlým areálem. „I na její vývoj využíváme superpočítač a jeho simulace a výpočty. Mimochodem se nám díky tomu podařilo srazit náklady o stovky milionů jenů.“
Superpočítač v novém a relativně ambiciózním programu JAXA bude dál hrát extrémně důležitou roli. Kromě případů s aerodynamikou či prouděním vzduchu počítá také simulaci tekutých prvků, čehož se využívá při stavbě nových motorů.
Cestu autora hradila společnost Fujitsu.
Hubbleův teleskop začal využívat českou síť CDN77
