Superpočítačové centrum první v České republice

Klíčem k řešení krizových situací, jako jsou přírodní výkyvy, katastrofy a anomálie, je matematické modelování rizikových situací, tedy vlastně velmi náročný počítačový výpočet toho, jak se bude vyvíjet vichřice, povodeň, požár apod. Na Vysoké škole báňské – Technické univerzitě Ostrava (VŠB–TUO) je proto vyvíjen systém pro modelování, simulaci a monitoring krizových situací. Ten je plně funkční a připravuje se jeho masivní využití pro státní správu, vědecké pracovníky a odborníky i veřejnost. Jeho provoz pak bude spojen s novým superpočítačovým centrem (SPC).

Superpočítačové centrum

Současný vědecký výzkum i aplikovaný vývoj je závislý na náročných počítačových simulacích a superpočítačová centra nacházejí uplatnění v řadě klasických i multidisciplinárních oborů. Snahou je koncentrovat masivní výpočetní výkon i rozsáhlá datová úložiště do datových center, k nimž pak přistupují jednotlivé podniky, organizace, vysoké školy a výzkumná pracoviště s konkrétními požadavky na využití vysokého výpočetního výkonu a velké datové kapacity.

Co je to superpočítač?

Nejčastěji se objevuje vysvětlení, že mezi superpočítače patří nejvýkonnější počítače své doby. Jiná definice říká, že to jsou stroje zvláštních architektur, postavené pro konkrétní velký projekt nebo k dosažení nejvyššího výkonu, nebo jde o stroje čistě experimentální. Můžeme se setkat i s marketingovými tvrzeními, že ten či onen stroj patří mezi superpočítače či má výkon superpočítačů. Dá se tedy říci, že superpočítač je obecné označení pro velice výkonný počítač. Aby mohl být nějaký počítač označen za superpočítač, měl by mít alespoň řádově vyšší výpočetní výkon než běžné počítače. Přesná definice však neexistuje.

Většina superpočítačů je dnes v USA (58 %), a pokud hovoříme o zastoupení jednotlivých zemí, pak jen v řádech jednotek procent: 9 % ve Velké Británii, 5 % v Německu, 5 % ve Francii, Česká republika nereprezentuje ani jedno jediné procento (viz graf).

Iniciativa IT4Innovations

Situaci v ČR se však pokouší změnit iniciativa IT4I, která je tvořena VŠB–TUO, Ostravskou univerzitou v Ostravě, Slezskou univerzitou v Opavě, VUT Brno a Ústavem geoniky AV ČR, v. v. i. Jejím cílem je vybudovat superpočítačovou výpočetní infrastrukturu pro ČR, přičemž výkonností má nový superpočítač patřit mezi první stovku na světě. Tímto SPC budou podpořeny výpočetně náročné simulace pro řešení projektu IT4I, centrum bude úzce spolupracovat na výzkumu a vývoji superpočítání s jinými institucemi, bude poskytovat výpočetní prostředky jiným výzkumným institucím v ČR. Rovněž se předpokládá poskytování výpočetních prostředků a datových úložišť soukromým subjektům.

Superpočítačové centrum budované v Ostravě bude umožňovat výpočty, které by klasickému počítači trvaly měsíce či roky. Centrum se navíc propojí s evropskou sítí, a zvýší tak možnosti využití celého superpočítačového systému v EU. Průmyslovým podnikům bude sloužit např. pro optimalizace konstrukcí a materiálů (nejen v automobilovém průmyslu, ale i ve stavebnictví, strojírenství a energetice) či pro rozvoj nanotechnologií (ve všech aplikacích – od zdravotnictví až po solární články). Superpočítač bude finančně nejobjemnější částí celého projektu IT4I a pro jeho výstavbu budou použity fondy Evropské unie.

Výstavba superpočítačového centra První fáze výstavby bude zahájena r. 2012, kdy bude implementována první část výpočetního clusteru s výkonem 12 Tflops při použití 1024 jader, včetně infrastruktury a příslušenství, jako je stavební vybavení počítačového sálu, chlazení, záložní zdroje, infrastrukturní servery, síťová infrastruktura, SAN infrastruktura, datové úložiště pro výpočetní cluster, zálohovací systém a vizualizační technika.

V roce 2013 bude následovat druhá část výpočetního clusteru, který bude mít 256 jader, a konečně v roce 2014 bude superpočítačové centrum kompletní s výkonem zhruba 90Tflops včetně redundantního zálohovacího systému a archivace dat.

První reálná aplikace

Jako první aplikace pro SPC byl implementován modelový případ povodní, který VŠB – Technická univerzita Ostrava a IT Cluster vyvíjejí pro Moravskoslezský kraj pod pracovním názvem Floreon (FLOods REcognition On the Net). Při vývoji se ukázalo, že bude vhodné přistoupit k modelování, simulaci a předpovídání vývoje nejen povodní, ale i znečištění ovzduší a dopravní situace ve větších městech či na dálnicích.

Výsledkem úsilí je systém poskytující prostřednictvím internetu „předpovědi“ různých krizových situací. Přitom se dá snadno podívat na aktuální stav a historicky zaznamenané obdobné události. To vše je přístupné krizovým štábům, starostům měst a obcí, majitelům bytových domů a domků, ostraze průmyslových objektů a dalším, kteří budou v případě krize informováni prostřednictvím vyspělých animací, grafů a vizualizací o všem, co se v dané lokalitě děje a může stát.

Podoba a dostupnost informací je klíčovým prvkem celého systému Floreon + (+ znamená jeho další aplikace). Údaje, které se týkají krizových situací, ať jsou to aktuálně sledovaná data či zpracované simulace a předpovědi, je nutné dodat uživateli v co nejkratším možném čase a po různých typech komunikačních kanálů. Informace musí být možné zobrazit na jakémkoliv zařízení, tedy i v terénu, kde bude k dispozici pouze mobilní telefon. Systém, který odborníci připravují, má být a bude schopen požadovaná data předat i na jednodušší zařízení, aby uživateli poskytl i při omezených technických prostředcích co nejobsáhlejší a nejúplnější informace. To vše ve srozumitelné podobě – takové, jakou potřebuje koncový uživatel. Z toho vyplývá, že informace musí být například vhodným způsobem filtrovány a „překládány“.

Autoři Floreonu + z VŠB–TUO a IT Cluster také počítají s tím, že se aktuální informace v systému mohou za určitých podmínek doplňovat zpětnou vazbou i od laických uživatelů (např. hlášení o aktuální hladině vody na určitém místě). Lidé tím totiž mohou sami přispět k řešení krizové situace i k vytváření účinných postupů jak těmto situacím předcházet. Výsledkem projektu proto bude portálový systém pro modelování, simulaci a monitorování povodní, dopravy a znečistění v Moravskoslezském kraji. Navíc se počítá s možností jeho dalšího územního i funkčního rozšíření také v jiných krajích ČR a v zahraničí.

Řešitelský tým projektu IT4Innovations

Více informací na www.it4i.cz