Εφευρέσεις από το μέλλον: Οι υπερυπολογιστές χαμηλής κατανάλωσης είναι ελληνικοί

Πρωτιά σε ελληνική ομάδα από το πανεπιστήμιο του Εδιμβούργου. Ποια η τεχνολογική εφεύρεση που βραβεύτηκε σε διεθνή διαγωνισμό; Μιλήσαμε με τους δημιουργούς των super υπολογιστών και σάς λύνουμε tech - απορίες

Μίκα Κοντορούση

news247

Ρεκόρ στην ιστορία του διαγωνισμού ISC Student Cluster Competition κατέγραψε η ομάδα EPCC απο το πανεπιστήμιο του Εδιμβούργου, αποδεικνύοντας ότι η εργατικότητα, το πάθος και ο ζήλος για αυτό που κάνεις, στο τέλος ανταμείβονται. Έστω και αν αυτό συμβαίνει μακριά από τη χώρα σου. Η ομάδα αποτελείται από τρεις Έλληνες (Εμμανουήλ Φαρσαράκης – Κρήτη, Κωνσταντίνος Μουζακίτης – Χίος, Γιώργος Ινιάτης – Κύπρος) και τον Chenhui Quan (Κίνα) και κατάφερε να κερδίσει την πρώτη θέση στην εφαρμογή HPL (High Performance Linpack), εφαρμογή που χρησιμοποιείται κυρίως, σε υπερυπολογιστές.

Πιο συγκεκριμένα, η ομάδα EPCC κατάφερε να πετύχει την επίδοση των 10.14 Tflops με κατανάλωση ενέργειας λιγότερη των 3 kW, γεγονός που θα μπορούσε να κατατάξει το υπολογιστικό της σύστημα (cluster) στην 4η θέση της λίστας
Green500, η οποία αντιπροσωπεύει τους 500 υπερυπολογιστές με την μικρότερη κατανάλωση ενέργειας παγκοσμίως.

  Κι αν όλα αυτά ακούγονται λίγο ακαταλαβίστικα, το NEWS 247 ήρθε σε επικοινωνία με έναν εκ των νικητών του διεθνούς διαγωνισμού, Εμμανουήλ Φαρσαράκη, προκειμένου να λύσουμε τις απορίες σας, αλλά και προκειμένου να αντιληφθούμε τι είναι οι υπερυπολογιστές, πώς μπορούν να επηρεάσουν την καθημερινότητά μας και τελικά τι συναισθήματα γεννά το πρώτο σκαλί του ISC Cluster Competition.
"Χαρά και περηφάνια είναι οι πρώτες λέξεις που έρχονται στο μυαλό. Ήταν σίγουρα μια εμπειρία που θα μου μείνει αξέχαστη, όσο κλισέ κι αν ακούγεται αυτό. Το πανεπιστήμιο μας βοήθησε να έρθουμε σε επαφή με τους σωστούς ανθρώπους και μας στήριξε και οικονομικά. Η συνεργασία με το χορηγό μας Boston Limited ήταν άψογη. Ήρθαμε σε επαφή με σημαντικούς παράγοντες του χώρου και μας ανοίχτηκαν πόρτες που πριν έρθουμε εδώ δεν ξέραμε καν ότι υπάρχουν. Μάθαμε πολλά, δουλέψαμε σκληρά και ξεπεράσαμε κάθε προσδοκία", αναφέρει στο ΝΕWS 247, ο Κρητικός που διαπρέπει στις νέες τεχνολογίες και μίλησε για το tip που ξεχώρισε την ελληνική συμμετοχή: "Ενώ στις υπόλοιπες ομάδες φαινόταν να επικρατεί άγχος και κούραση, εμείς τις στιγμές που τίποτα δεν δούλευε (που πάντα υπάρχουν τέτοιες στιγμές με όλους τους υπολογιστές!) το αντιμετωπίζαμε με καυστικό χιούμορ και τις στιγμές που τα πράγματα πηγαίνανε καλά το γιορτάζαμε με μουσική και ποτό! Τι κι αν είχαμε απέναντί μας άτομα από πανεπιστήμια όπως το MIT, το Northwestern ή τους νικητές από προηγούμενο διαγωνισμό; Ο σεβασμός για τον ανταγωνισμό ήταν αυτό που έκανε τη νίκη μας, ακόμα πιο σημαντική".

 

Οι άνθρωποι και η επιτυχία πίσω από τις άγνωστες λέξεις

Πώς ακριβώς όμως λειτουργεί η εφαρμογή HPL και ποια η σημασία της; "Όπως όταν παράγεται ένα καινούριο αυτοκίνητο γίνονται δοκιμές σε ιδανικές συνθήκες ώστε να μετρηθούν οι επιδόσεις του, έτσι και με έναν υπερυπολογιστή χρειάζεται να δημιουργηθούν ιδανικές συνθήκες για να μετρήσει κανείς τις υψηλότερες επιδόσεις που είναι ικανός να φτάσει. Το πρόγραμμα HPL χρησιμοποιείται παγκοσμίως για το σκοπό αυτό. Οι επιδόσεις που επιτυγχάνονται χρησιμοποιώντας το, αποτελούν το κριτήριο βάσει του οποίου κατατάσσονται οι υπερυπολογιστές στη λίστα top500 με τους 500 γρηγορότερους υπερυπολογιστές στον κόσμο".
"Άρα ποιο στην πραγματικότητα το δικό σας κατόρθωμα;", ρωτάω τον Εμμανουήλ Φαρσαράκη. "Λόγω της φύσης του διαγωνισμού, εμείς έπρεπε να λάβουμε υπ’ όψιν επιπλέον τον παράγοντα της κατανάλωσης ενέργειας κατά την προετοιμασία μας. Αυτό σημαίνει πως, εκτός του να προσαρμόσουμε το πρόγραμμα για βέλτιστες επιδόσεις, κάναμε και συνεχής αλλαγές και στον ίδιο τον “μίνι-υπερυπολογιστή” μας. Χρησιμοποιώντας ένα τελευταίας τεχνολογίας σύστημα υγρής ψύξης, αφαιρώντας μέρη του συστήματος που κατανάλωναν ενέργεια άσκοπα και μεταβάλλοντας τις ρυθμίσεις του συστήματος καταφέραμε τελικά, όχι μόνο να σπάσουμε το ρεκόρ κάθε προηγούμενου διαγωνισμού, αλλά να στήσουμε ένα σύστημα που η ενεργειακή του απόδοση θα το κατέτασσε 4ο στη λίστα GREEN500, η οποία κατατάσσει τους μεγαλύτερους υπερυπολογιστές στον κόσμο βάσει ενεργειακής απόδοσης".

 

Οι υπερυπολογιστές μπορούν να βρουν εφαρμογή στην καθημερινότητά μας;

Όσον αφορά το γεγονός εάν όλα αυτά τα - δυσνόητα - υπολογιστικά συστήματα μπορούν να επηρεάσουν την καθημερινότητά μας, η απάντηση του Εμμανουήλ είναι σχεδόν σαφής. "Οι υπερυπολογιστές έχουν μεγάλη επιρροή στην καθημερινότητά μας και το HPC παίζει σημαντικό, αλλά - ίσως - παρασκηνιακό ρόλο σε πληθώρα πεδίων, από την οικονομία και τη μετεωρολογία έως τις πετρελαϊκές εταιρίες και την αυτοκινητοβιομηχανία". Και δίνει ένα παράδειγμα από τον τομέα των καιρικών προβλέψεων.
"Τις προσομοιώσεις που απαιτεί μια πρόβλεψη για τον αυριανό καιρό, χρησιμοποιώντας μια σειρά μετρήσεων που συλλέξαμε σήμερα, ίσως να είναι ικανός και ένας καλός συμβατικός υπολογιστής να τις κάνει. Το πρόβλημα είναι πως για να ολοκληρώσει τους απαιτούμενους υπολογισμούς μπορεί να χρειαστούν μέρες, εβδομάδες ή και χρόνια. Η “πρόβλεψη” θα έχανε λοιπόν κάθε νόημα. Οι υπερυπολογιστές μας δίνουν τη δυνατότητα να λύσουμε προβλήματα που διαφορετικά θα ήταν αδύνατον να λυθούν. Άλλα παραδείγματα χρήσης υπερυπολογιστών είναι η λύση κοσμολογικών προβλημάτων, καθώς και προσομοιώσεις crash-test αυτοκινήτων και αεροδυναμικής αεροσκαφών. Για το τελευταίο, φαντάσου να έπρεπε να φτιαχτεί πρώτα ένα αεροσκάφος και εκ των υστέρων να ελεγχθεί πρακτικά η αεροδυναμική και ασφάλειά του".
Και συνεχίζει με το τί είναι ακριβώς ένας υπερυπολογιστής (σε καθομιλουμένη). "Κάποια στιγμή, περάσαμε από τη εποχή που οι υπολογιστές είχαν όλο και πιο γρήγορους επεξεργαστές (σε GHz), στην εποχή που οι υπολογιστές αποκτούσαν όλο και περισσότερους “πυρήνες” (cores). Αυτό τι σημαίνει; Πως επειδή δεν μπορούσαμε πρακτικά να φτιάξουμε πιο γρήγορους επεξεργαστές, κάναμε επεξεργαστές με δύο, τέσσερις και παραπάνω πυρήνες που μπορούν παράλληλα να λύνουν προβλήματα, δίνοντάς μας παραπάνω δύναμη. Ένας υπερυπολογιστής είναι κάτι αντίστοιχο, με τη διαφορά πως μιλάμε για χιλιάδες πολυπύρηνους επεξεργαστές που μπορούν να χρησιμοποιηθούν μαζί προς λύση ενός προβλήματος. Φανταστείτε εκατοντάδες υπολογιστές, συνδεδεμένους μεταξύ τους σε ένα μεγάλο δωμάτιο. Τα περισσότερα μέρη ενός μοντέρνου υπερυπολογιστή, όπως οι επεξεργαστές, δεν διαφέρουν από αυτά που υπάρχουν στην αγορά. Όμως ένας μέσος υπερυπολογιστής σήμερα καταναλώνει τόση ενέργεια όσο μια μικρή πόλη και για το σκοπό αυτό συνήθως δίπλα στο κτήριο του υπερυπολογιστή χτίζεται και ένα εργοστάσιο παραγωγής ρεύματος".
Αν και ο φοιτητής απογοητεύεται με την ιδέα ότι έπρεπε να αλλάξει χώρα, προκειμένου να ξεδιπλώσει το ταλέντο του, δεν παύει να νιώθει απίστευτη ικανοποίηση για την θέση εργασίας που το ίδιο το πανεπιστήμιο του Εδιμβούργου, στο οποίο φοιτά, τού προσέφερε πρόσφατα.
"Η επιτυχία αυτή σίγουρα έχει δώσει μεγάλη ώθηση τόσο στην καριέρα μας όσο και στο ηθικό μας.  Εγώ προσωπικά έχω ήδη εξασφαλίσει μια θέση εργασίας στο Πανεπιστήμιο του Εδιμβούργου και το EPCC από τον ερχόμενο Σεπτέμβρη, αφού ολοκληρώσω δηλαδή τις σπουδές μου. Τέσσερις φοιτητές με έναν χορηγό καταφέραμε να δημιουργήσουμε μέσα σε διάστημα μερικών μηνών ένα σύστημα με ενεργειακή απόδοση που ξεπερνά πολλά συστήματα αξίας πολλών εκατομμυρίων ευρώ. Χαρακτηριστικό είναι ότι περνούσαμε από περίπτερα μεγάλων εταιριών στο συνέδριο και βλέπαμε να διαφημίζουν με μεγάλες ταμπέλες την ενεργειακή αποδοτικότητα των συστημάτων τους, η οποία όμως ήταν υποδεέστερη του δικού μας συστήματος! Σίγουρα είναι κάτι για το οποίο είμαστε περήφανοι και το οποίο επίσης εντυπωσίασε αρκετούς από τους παράγοντες του χώρου. Ακόμα και κατά τη διάρκεια του διαγωνισμού, αφού είχαν κυκλοφορήσει φήμες για την επίδοση που είχαμε επιτύχει, είχαμε αρκετές επισκέψεις παραγόντων από εταιρίες όπως η NVIDIA, η Intel και η Bull, και πανεπιστήμια όπως αυτό του Cambridge και Imperial, που ήθελαν είτε να μάθουν περισσότερα για το σύστημά μας, είτε να μας πλησιάσουν για πιθανή συνεργασία στο μέλλον".

 

Λίγα λόγια για την "ομάδα των 4"

Όλα τα μέλη της ομάδας φοιτούν στο Master in High Performance Computing στο Πανεπιστήμιο του Εδιμβούργου και το EPCC (Κέντρο Παράλληλου Προγραμματισμού Εδιμβούργου).
Γνωρίστηκαν στο πανεπιστήμιο, αν και προέρχονται από διαφορετικούς τομείς. Ο Εμμανουήλ έχει τελειώσει το προπτυχιακό του στο τμήμα Φυσικής του Πανεπιστημίου Κρήτης. O Κωνσταντίνος και ο Chenhui έχουν τελειώσει το τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών στο ΕΜΠ και στο University of Liverpool αντίστοιχα, και ο Γιώργος έχει σπουδάσει Πληροφορική στο Πανεπιστήμιο Κύπρου.
Το Master έχει διάρκεια ενός έτους και αυτήν την περίοδο, παράλληλα με τη διατριβή τους, "σκοράρουν" πρωτιές σε διεθνείς διαγωνισμούς.

 

Ο διαγωνισμός που ανέδειξε τα ελληνικά μυαλά

Ο διαγωνισμός ISC Student Cluster Competition έχει ξεκινήσει επισήμως από το 2007. Σκοπός του είναι να επιδείξει ότι η τεχνολογία των υπερυπολογιστών έχει ωριμάσει αρκετά ώστε να χρησιμοποιηθεί πιο ευρέως, καθώς και για να προσελκύσει νέους ανθρώπους και ταλέντα στο χώρο του HPC.
Οι διαγωνισμοί λαμβάνουν χώρα σε τρία συνέδρια υπερυπολογιστών ανά τον κόσμο κάθε χρόνο. Οι κανόνες των διαγωνισμών διαφέρουν λίγο από συνέδριο σε συνέδριο, αλλά γενικός κανόνας είναι η κατανάλωση του συστήματος κάθε ομάδας να μην υπερβαίνει τα 3kW. Ο κύριος λόγος για αυτό το ενεργειακό όριο είναι η σημασία της ενεργειακής κατανάλωσης στον χώρο των υπερυπολογιστών.
Η ενεργειακή απόδοση είναι ένα από τα βασικά προβλήματα που αντιμετωπίζει σήμερα ο χώρος του HPC στην προσπάθεια να δημιουργήσουν την επόμενη γενιά υπερυπολογιστών, τη λεγόμενη γενιά Exascale. Τα βραβεία είναι τρία: Το βραβείο “Highest Linpack” που κέρδισε η ομάδα του Εμμανουήλ Φαρσαράκη, τo βραβείο “Overall” πάει στην ομάδα που επιτυγχάνει την καλύτερη επίδοση σε μια σειρά από επιστημονικές εφαρμογές (που αλλάζουν σε κάθε διαγωνισμό). Τέλος, υπάρχει και ένα βραβείο του κοινού “Fan Favourite”.
"Εμείς επιλέξαμε να επικεντρωθούμε στο “Highest Linpack” καθώς είναι το μόνο βραβείο στο οποίο τα αποτελέσματα μπορούν να συγκριθούν από διαγωνισμό σε διαγωνισμό. Η απόφασή μας να συμμετέχουμε ήρθε μετά από προτροπή του πανεπιστημίου. Εκδηλώσαμε το ενδιαφέρον μας και σίγουρα δεν το έχουμε μετανοιώσει καθόλου", καταλήγει ο ίδιος.