Magyarország első petaflops-os kapacitású szuperszámítógépe a Komondor névre hallgat és otthona a Debreceni Egyetem Kassai úti kampuszán, a Kormányzati Informatikai Fejlesztési Ügynökség (KIFÜ) Szuperszámítógép Központjában található, ahol január 13-án adták át ünnepélyes megnyitó keretében a kutatók és más felhasználók számára. Spaller Endre a KIFÜ elnöke az átadón elmondta: a tervek szerint a számítógépet nagyrészt tudományos célokra alkalmazzák majd a kutatók, de a gépidő körülbelül 20-25%-ban a különféle vállalkozások is hozzáférést kapnak a Komondorhoz, amennyiben igény tartanak rá, így az ipari szektor előtt is megnyílik az út a tervezési folyamatok vagy tesztelésekhez szükséges szimulációk futtatása előtt.

A számítógép nem az első magyar szuperszámítógép, de jelenleg a legerősebb és a hazai HPC (High Performance Computing) kapacitást önmagában mintegy tízszeresére növelte. A számítógépet méghozzá úgy tervezték, hogy bővíthető legyen, ezért a jövőben még nagyobb teljesítményre lehet képes és a következő szuperszámítógéppel, a szintén a KIFÜ vezetésével készülő, 20 petaflops-os Leventével együtt a szuperszámítógépes infrastruktúra összkapacitását a jelenlegi szint több mint ötvenszeresére emelheti.

Komondor a világ legjobb szuperszámítógépeinek Top500-as listáján az egyetlen magyar résztvevő, a tavaly novemberi értékelés szerint a 199. helyen áll,

megelőzve a japán Numerical Materials Simulatort, vagy az amerikai Herát, ami a NOAA (Nemzeti Óceán-és Légkörkutatási Hivatal) szolgálatában áll. De mire képes egy ilyen nagyteljesítményű gép és pontosan mire használják a kutatók a munkájuk során?

A specifikációkat tekintve a Komondor struktúrája a HPE (Hewlett Packard Enterprise) Cray EX rendszerén alapszik, ami egy folyadékhűtéssel működő, "nagysűrűségű" modell és az AMD EPYC 7763 energiahatékony, 2,45GHz-es processzora hajtja. A LINPACK Benchmark teljesítményértékelése szerint a teljesítménye 3,09 PFlop/s, elméleti maximális teljesítménye pedig 4,67 PFlop/s, ami azt jelenti, hogy 4,67-szer tíz a tizenötödiken lebegőpontos művelet elvégzésére képes másodpercenként. Az operációs rendszere a RHEL (Red Hat Enterprise Linux) és a kapcsolódáshoz a HPE Slingshot 11 hálózatát használja. A gép részegységeit négy modul alkotja:

• egy 140 node-os (hálózati csomópont), 0,7 petaflops teljesítményű CPU only egység, aminek csomópontjai egyenként dupla Epyc CPU-t és 256GB memóriát tartalmaznak
• egy 50 node-os, 4 petaflops-os Gyorsított (GPU) modul, amelynek minden csomópontja egy AMD Epyc “Milan” 7763 CPU-t és négy Nvidia A100 GPU-t tartalmaz
• egy 0,3 petaflops-os, négy node-os Mesterséges Intelligencia egység, csomópontonként 2 Epyc CPU-val és 8 Nvidia A100 GPU-val
• és egy 21 teraflops-os Big Data (Data Analytics) modul, aminek egyetlen node-ja 12 Intel Xeon Gold 6254 CPU-ból áll, 9TB memóriával

A rendszerhez egy megközelítőleg 12 petabyte tárhelyű, több szintű tárolórendszer tartozik, és a KIFÜ elmondása szerint 300 kW-ot igényel a működtetése, ami meglehetősen energiahatékonynak számít. A környezetbarát üzemelést és fenntarthatóságot azonban más szempontból is szolgálja, mivel a működése közben keletkezett hőt a közelben lévő debreceni sportuszoda fűtéséhez használják fel.

A felhasználási területeket illetően a bemutatón annyit árultak el a számítógéppel kapcsolatban, hogy többek között a klímakutatási, a telekommunikációs, a közlekedésszervezési, az energetikai, az egészségügyi, az anyagtudományi, a csillagászati és az autóipari munkákat és fejlesztéseket segíti majd elő, de hogy egészen pontosan milyen projektek valósulnak meg elsőként a Komondor alkalmazásával, arról az ELTE, a Debreceni Egyetem és az egri Eszterházy Károly Katolikus Egyetem munkatársaitól tudtunk meg többet.

Az ELTE szakértői, ahogy azt Menczer Andor, az ELTE Informatikai Kar kutatója és a Kvantuminformatika Nemzeti Labor munkatársa kérdésünkre elmondta, lényegében bármilyen nagyobb projektben hasznát veszik a gépnek, amelynek kivitelezéséhez nem elegendő egy hagyományos laptop vagy asztali számítógép teljesítménye, így az akár hetekig vagy hónapokig tartó számítási folyamatok lényegesen lerövidülhetnek. Azt, hogy a számítógép petaflops-os kapacitása mennyiben támogatja az adott kutatást, az a munka természetétől függ, de az Informatikai Karon zajló projektek (egy része) egyértelműen szuperszámítógépes kapacitást igényel.

"Kifejezetten szuperszámítógépekre tervezünk algoritmusokat, ezért számunkra a szuperszámítógép hiánya olyasmi lenne, mintha soha eddig nem látott élelmiszerekből kiindulva próbálnánk teljesen új recepteket írni,

ráadásul mindezt úgy, hogy az ételt soha nem készíthetjük el. Tehát számunkra a szuperszámítógép azt jelenti, hogy kipróbálhatjuk a tervezett matematikai modelleket olyan környezetben, mint amilyenre tervezve is lettek." - mondta el Menczer Andor.

Az ELTE-n számos más nagyteljesítményű gép is megtalálható, amelyeken sokezer szálon futnak a számítások, így az egyetemi munkákat számos más forrás is segíti. "A Komondor tulajdonképpen nem más, mint egy, az ELTE egyes gépeihez hasonló, számítógépek aggregációjával létrehozott szuperszámítógép, ahol az egymással hálózaton keresztül kommunikáló számítógépek immáron együttesen is képesek számításokat végezni. Algoritmustervezési szempontból egy alulról építkező folyamatról beszélünk az egyre nagyobb, egyre több párhuzamosítási szintet magába foglaló számítási környezetet igénylő programok felé, ahol a hardver és a matematikai modell komplexitásának növekedése kéz a kézben járnak.

Ennek a növekedési folyamatnak egy újabb állomását képviseli a Komondor."

A Debreceni Egyetem Informatikai Karának egyetemi docense, Gál Zoltán elárulta, hogy a Komondoron jelenleg még a futtatói szoftverkörnyezetek telepítése zajlik, ezért a kutatók országos szinten feltehetőleg áprilisban férhetnek majd hozzá a géphez - a munkák megkezdése után a Debreceni Egyetemen az orvosi képfeldolgozás, az adattudomány/BigData elemzések, a részecskefizikai szimulációk, az időjárás előrejelzések, valamint a kémiai folyamatok modellezésénél szükséges számítások esetében alkalmazzák majd a szuperszámítógépet. Menczerhez hasonlóan Gál Zoltán is a számítási idő lerövidítését emelte ki a szuperszámítógép használatának a kutatásokra gyakorolt pozitív hatásai közül, aminek következtében a nagyobb adathalmazok feldolgozása, a párhuzamos programok futtatása, a részletesebb elemzések is gyorsabban és hatékonyabban megoldhatóak lesznek.

"A petaflops-os számolási teljesítmény további dimenziókat nyit meg a különböző, régebbi algoritmusok ötvözésében, újak kidolgozásában.

Az adattal meghajtott kutatások a matematikai képletekkel le nem írható új modellek kidolgozását teszik lehetővé. Ezekből konkrét termékek állíthatók elő. Az új rendszerrel költséghatékonyabb számolásokat lehet végezni, hiszen a különböző felhőszolgáltatók (Microsoft, Amazon…) által nyújtott rendszerben a nagy volumenű műveletek elvégzése többe kerülne, ami nehezíti a kísérletes kutatások eredményességét. Emiatt is előnyösebb a nagy kapacitású szuperszámítógép csoportos alkalmazása az egyetemi környezetben." - mondta el Gál.

Az Eszterházy Károly Katolikus Egyetemen a Komondor kutatásokba való bevonását most kezdik és a projekt a HPC Kompetencia Központ munkatársainak segítségével, Dr. Király Rolandnak, az Információtechnológiai Tanszék egyetemi docensének irányításával valósul meg. Az egyetem Kutatási és Fejlesztési Központjának szőlészeti, borászati, biotechnológiai és környezetkutatási területen végzett kutatási-fejlesztési tevékenységeit a szuperszámítógép bioinformatikai, matematikai, kémiai analitikai és távérzékelési feladatok megoldásával segíti elő, amelyek hozzájárulnak új tudományos és technológiai ismeretek létrejöttéhez, valamint a nemzetközi publikációs tevékenység további erősödéséhez.

A nagy teljesítményű számítógépek használata azonban nem csak a tudományos, hanem a művészeti projektekben is fontos szerepet játszhat, az egyetem Média és Design Intézetében zajló képzésekhez ugyanis az intézet 2019-2022-es iMac gépparkot és PC-ket tud biztosítani a hallgatóknak, de a 3D renderelési idő így problémákat okozhat egyes feladatok megoldása közben.

"Korábban voltak olyan 3D projektektjeink, amelyek 10-15 óránál, néha 30-40 óránál hosszabb órás renderelési időt igényeltek, több gépen párhuzamosan.

Tanórai keretben sajnos ezek a feladatok nem megvalósíthatóak. A legújabb verziószámú Blender alkalmazással bonyolultabb feladatok esetén ezek az eszközök már számos esetben nem képesek megbirkózni. A különböző textúrák és animációk gyors renderelése problémát okoz annak ellenére, hogy az egyetem vezetése folyamatosan az eszközök modernizálásán dolgozik. A munkához több alkalmazást is kipróbáltunk, például a Meshlabot, a CloudCompare-t vagy a Metashape-t. Több órás számítás és generálás után, amiket mind iMacen, mind laptopokon próbáltunk kivitelezni, sajnos nem kaptuk meg a várt eredményeket. " - mondta el Király Roland - "Reményeink szerint a Komondor szuperszámítógép ezen a területen is segítségünkre lesz a közeljövőben."

A 3D szkennelési technológiát egyre szélesebb körben használják az iparban, ezért ennek a módszernek a megismerése és megfelelő kezelése fontos lehet a hallgatók számára, azonban az ipari lézer szkennerrel történő digitalizálás során gyűjtött hatalmas mennyiségű adat feldolgozása nagy számítási kapacitást igénylő munka, amit szintén megkönnyíthet egy szuperszámítógép, sőt, ezen a területen tulajdonképpen csak egy nagyobb teljesítményű gépen lehet belátható időn belül eredményeket kapni.
"A lézerszkennerből kinyert pontfelhős adatokat megkaptuk a térinformatikusoktól és ezeket próbáltunk valós 3D „meshekké” alakítani, hogy Blenderben tovább tudjuk formázni és szerkeszthető objektumként tudjuk kezelni az eredményt. A több millió pixelt tartalmazó pontfelhőből álló 3D szkennelt adathalmazt nagyon lassan, vagy egyáltalán nem tudtuk jó minőségű 3D objektumokká alakítani." - magyarázta a tanszék docense.

A Komondor használata emiatt is lényeges az egyetem számára, ahol a HPC alkalmazásának igénye a neurális hálózatokkal és az ipar 4.0 és 5.0 fejlesztésekkel kapcsolatos projektek során már korábban is felmerült és most nyílik rá lehetőség, hogy komolyabban is bekapcsolódjanak a szuperszámítógépes infrastruktúra felhasználásába. Mivel a Komondor használata egy induló projekt, ezért a kutatók most ismerkednek a rendszerrel és a KIFÜ segítségével térképezik fel, hogy milyen lehetőségek állnak rendelkezésre a kutatások támogatására, valamint azt is, hogy milyen területeken és projektekben tudják alkalmazni az egyetem polgárai a HPC-t.

"Folyamatosan keressük a lehetőségét annak, hogy a Komondor nagy teljesítményét hogyan tudnánk kamatoztatni a munkánk során, abban viszont biztosak vagyunk, hogy minden matematikai, kémiai, vagy mérnöki problémával foglalkozó projektben segítségünkre lesz."

Az egyetem a KIFÜ-vel együttműködésben a helyi vállalatok munkáját is elősegíti egy áprilisban megrendezett workshoppal, amelyen ipari szereplőket vesznek részt és amelynek során igyekeznek a HPC használatának lehetőségét biztosítani a régióban működő vállalkozások számára.

(Fotó: Czeglédi Zsolt/MTI, HPC-KIFÜ, Getty Images/Maxiphoto)

Tízszeresére növeli a hazai szuperszámítógépes kapacitást a napokban átadott Komondor A Komondor az első magyarországi szuperszámítógép, amelynek számítási kapacitása átlépi a petaflops-os teljesítményt.