Kratica HPC v svobodnem prevodu pomeni Hiperaktivni Procesni Cirkus. Primerek takega sistema, Arctur-2 iz Nove Gorice, vidimo na sliki desno. Gre za nadpovprečno zmogljiv računalniški sistem, ki je polno obremenjen večino svoje življenjske dobe – zato lahko rečemo, da je v primerjavi z lenobami, imenovanimi tudi namizni računalniki, pravi hiperaktivec. K tej primerjavi se bomo še vrnili, najprej razrešimo še preostanek pomena kratice HPC. Zadeva je namenjena procesiranju, torej računanju. Na takem sistemu lahko izračunamo več in hitreje kot na običajnih računalnikih, zato nekateri takemu stroju pravijo tudi nadračunalnik ali s tujko superračunalnik. Nenazadnje na sliki tudi vidimo, da je zadeva okrogla in nas nemudoma spomni na cirkus. Tudi hrupna je vsaj toliko kot cirkus – tako zvočno kot tudi medijsko. In vsaka država, ki da kaj nase, želi imeti svoj cirkus, čim večji in s čim več lučkami. Tudi Slovenija.
V računalniški znanosti bolj uveljavljena razlaga kratice HPC (angl. high performance computing) je visoko-zmogljivo računanje
S pojmom superračunalništvo se pogosto borita za pozornost tehnoloških zanesenjakov, saj pomenita skoraj isto: gre za razvoj in uporabo računalniških sistemov z izjemno visoko zmogljivostjo. Superračunalniki so zasnovani tako, da lahko brez daljšega predaha obdelujejo ogromne količine podatkov in izvajajo kompleksne naloge z visoko stopnjo računske intenzivnosti. Tako omogočajo reševanje problemov, ki presegajo zmožnosti običajnih računalniških sistemov, ki smo jih vajeni v obliki namiznih ali prenosnih računalnikov. Pravočasne in zanesljive vremenske napovedi ne bi bilo brez superračunalnika, prav tako bi na rezultate raznih fizikalnih/kemijskih/bioloških simulacij čakali nesprejemljivo dolgo. Optimizacija proizvodnih procesov na takih sistemih zagotavlja podjetjem konkurenčno prednost in da, imate prav, tudi raziskave novih zdravil, učenje velikih jezikovnih modelov in razvoj avtonomne vožnje so omogočeni in znatno pospešeni s tehnologijo visoko-zmogljivega računanja.
Superračunalnik v naravi dandanes najdemo v obliki računalniške gruče
To je skupek velikega števila vozlišč, ki so različnih vrst. Vstopna vozlišča so vstopna točka za uporabnike, podatkovna vozlišča na porazdeljenem datotečnem sistemu shranjujejo na petabajte podatkov, glavno vozlišče pa vse skupaj orkestrira. Najzanimivejšo vrsto smo pustili za konec: to je računsko vozlišče, ki si ga lahko predstavljamo kot namizni računalnik na potenco. Navadno ima več kot eno centralno procesno enoto, pri čemer ima vsaka vsaj ducat procesnih jeder, gigabajti pomnilnika se pišejo z najmanj trimestno številko in na to podlago je vedno pogosteje priklopljena še grafična procesna enota, dve ali štiri – vsaka za ceno spodobnega osebnega avtomobila. Novega. To je skromen opis enega računskega vozlišča, v gruči jih je seveda precej. Skupaj tvorijo na sto tisoče procesorskih jeder, medsebojno povezanih z zelo hitrim omrežjem nizke latence, ob katerem se ljubiteljem mrežnih prvoosebnih streljačin orosi oko. To omogoča vzporedno izvajanje nalog, pri čemer lahko več procesorskih jeder hkrati obdeluje različne dele problema.
Trenutno najzmogljivejša računalniška gruča v Sloveniji je HPC Vega, ki je bila ob svojem rojstvu leta 2021 na 106. mestu na svetu. Vega v eni sekundi opravi okoli sedem bilijard (tisoč krat milijon krat milijon) operacij v plavajoči vejici. To moč črpa iz 960 računskih vozlišč, ki skupno prispevajo 122.000 procesnih jeder in 240 grafičnih pospeševalnikov.
Mimogrede, večina procesne moči današnjih superračunalnikov prihaja iz masovno vzporednih grafičnih pospeševalnikov, ki so namenjeni pospeševanju računanja v raznolikih aplikacijah (še najmanj grafike). Zgornja slika HPC Vege prikazuje prostor z omarami, v katerih so računska vozlišča. Nadarjeni opazovalec bo ugotovil, da ta superračunalnik ni postavljen krožno – razlog najbrž tiči v izkoristku prostora, ki je pri krožni postavitvi nekoliko slabši. Na sliki levo pa je prikazan detajl enega računskega vozlišča z ducatom procesorjev AMD Epyc 7H12.
Vozlišča so kot predali, ki jih zlagamo v omaro. HPC Vega ima za 12 omar predalov z računskimi vozlišči.
Načrtovanje, postavitev in upravljanje visoko-zmogljive računalniške gruče je svojevrstna umetnost. Oziroma kot pravi Nikolai Bezroukov, glavni urednik portala softpanorama.org, se delovanje velike računske gruče ne razlikuje veliko od čarovnije. Za hip pomislimo samo na dve največji zoprniji v življenju računalničarja: hlajenje in kabli. Kako učinkovito ohladiti tako zver, ki brez težav pije megavat ali več električne moči? Nekaj se da narediti z zrakom, večino pa s tekočino. Pozorno oko bo na sliki računskega vozlišča opazilo črne cevke – po njih se pretaka hladilna tekočina. Kaj pa na desetine kilometrov kablov?
Tako pri hlajenju kot pri vlečenju kablov zelo pomaga, če je ta superračunalniški hiperaktivnež postavljen v krog
To je bil uspešen trik podjetja Cray Research, ki je leta 1976 zgradilo enega najbolje prodajanih superračunalnikov, Cray-1. Prodali so okoli 80 kosov. Postavitev v obliki črke C jim je omogočilo krajše povezave med vozlišči in s tem krajše časovne zakasnitve. Posledično je bila lahko frekvenca procesorske ure hitrejša, kar je pomenilo višjo zmogljivost. Leta 1985 ga je nasledil Cray-2, najhitrejši superračunalnik tistega časa. Na njem so med drugim simulirali trke osebnih vozil in tako izboljšali mehanske lastnosti karoserije. Za primerjavo: 26 let kasneje je računsko moč sistema Cray-2 izenačila tablica iPad2.
Za konec: ali je superračunalnik v svojem bistvu res tako zelo drugačen od osebnega računalnika na moji pisalni mizi?
Pri odgovoru si pomagajmo s tole analogijo. Če je osebni računalnik kot osebni avtomobil, ki ga vsake toliko časa prižgemo in vozimo do službe, morja ali babice in nazaj, je superračunalnik dirkalnik formule 1. Obe vozili imata sicer gume, kabino in motor. Bistvena razlika je v tem, da dirkalnik celotno svoje življenje preživi na najvišjih obratih, s pedalom na plin do konca (upamo, da ta razlika velja tudi v vašem primeru). Zato, še preden upihne šesto svečko na torti, preda štafetno palico naslednjemu v areni.
