W Centrum Informatycznym Trójmiejskiej Akademickiej Sieci Komputerowej, usytuowanym w nowoczesnym gmachu Wydziału Elektroniki, Telekomunikacji i Informatyki Politechniki Gdańskiej, uruchomiono komputer o gigantycznej mocy, będący w stanie wykonać 50 bilionów działań matematycznych w ciągu sekundy.

Komputerowy gigant

Halina Bykowska

Jest to obecnie najszybciej licząca maszyna w Polsce. Takich gigantów komputerowych jest niespełna 30 na całym świecie. Żaden inny ośrodek akademicki w krajach Europy Środkowowschodniej nie posiada komputera o takich parametrach.

Wszystko zadziwia w nowym, oddanym niedawno do użytku gmachu Wydziału Elektroniki, Telekomunikacji i Informatyki PG. Jego wnętrze, zaprojektowane bardzo nowocześnie przez specjalistów Wydziału Architektury PG, kojarzy się z filmami science fiction: ogromne okna, lśniące posadzki, wielkie przestrzenie i – co najważniejsze – wszystko otwiera się i zamyka elektronicznie. Dominują barwy jasnopopielate i srebrne. Wszystko lśni.

Tęczówka oka w domofonie

Do centrum informatycznego, obsługującego trójmiejskie ośrodki akademickie, mieszczącego się na najwyższej kondygnacji, wejść można jedynie za przyzwoleniem przycisków elektronicznych. Ale sam dyrektor tego ośrodka Mścisław Nakonieczny, podobnie jak zaufany personel, wchodzi doń za pomocą identyfikatora, którym jest tęczówka oka.

Kiedy rodziła się koncepcja ulokowania komputerowego giganta w nowym gmachu, dyrektor Nakonieczny powiedział w żartach wykonawcom budowy, że życzyłby sobie, aby identyfikatorem umożliwiającym wejście do centrum była tęczówka jego oka. Takie rozwiązanie widział swego czasu na filmie science fiction i bardzo mu się ono spodobało. Wystarczy stanąć naprzeciwko nowocześnie wyglądającego domofonu i w odpowiednie miejsce skierować oko, by elektroniczne urządzenie, zainstalowane wewnątrz, zidentyfikowało tęczówkę oka, a następnie uruchomiło mechanizm otwierający drzwi. Szef centrum nie kryje, że był mile zaskoczony, kiedy się okazało, że pomysł zaczerpnięty z filmu został urzeczywistniony.

Komputer gigant, nazwany Galerą (komputery akademickiego centrum informatycznego zawsze posiadały nazwy statków), zajmuje niemałą przestrzeń i znajduje się pod specjalną ochroną. Zmierzamy doń z dyrektorem Nakoniecznym, który ma przy sobie kartę elektroniczną, umożliwiającą wejście do środka. W oczy rzuca się wiele metalowych, czarnych szaf, w których miga sporo zielonych światełek. Szum wentylatorów (jest ich aż 2000) sprawia, że z trudem wyłapuję głos mego rozmówcy. Do głównego pomieszczenia technologicznego, gdzie znajdują się podstawowe urządzenia, studenci wstępu nie mają. Jedynymi gośćmi bywają tu pracownicy naukowi.

Szum, jaki wytwarzają wentylatory, kojarzy się z osobliwym hałasem, jaki może istnieć tylko w kosmosie. Tu, gdzie pracuje serce komputera giganta, nie ma ani jednego człowieka. Wszędzie same wielkie maszyny cyfrowe.

Komputer Galera składa się z 1344 procesorów czterordzeniowych, które sprawiają, że można osiągnąć teoretyczną moc 50 TeraFLOPS (Floating Point Operations per Second), czyli operacji zmiennoprzecinkowych na sekundę. Jest on w stanie wykonać 50 bilionów działań matematycznych (dodawanie lub mnożenie liczb zmiennoprzecinkowych) w ciągu zaledwie jednej sekundy. Obliczono, że ludziom na naszej planecie wykonanie takich obliczeń zajęłoby 1000 lat.

Komputer gigant (klaster) waży 7 ton. Do jego budowy zużyto ok. 8 km kabli zasilających i sieciowych. Zbudowany jest z 336 serwerów (nodów) oraz 672 płyt głównych, nadto 1344 procesorów. Serwery rozmieszczono w dwudziestu siedmiu 19−calowych szafach teleinformatycznych oraz połączono między sobą siecią InfiniBand z przepustowością 20 Gb na sekundę. Całkowita pamięć operacyjna wynosi 5376 TB, a pamięć dyskowa – 197,5 TB. Na komputerowym gigancie mogłoby grać równocześnie i nie przeszkadzać sobie nawzajem milion graczy.

Instalacja Galery rozpoczęła się na początku listopada ub. roku i zakończyła w styczniu br.

Wchodzimy do drugiego pomieszczenia, gdzie są urządzenia podtrzymujące napięcie w sieci, a także sprzęt zapewniający zasilanie awaryjne. Tu też szum jest niezwykły. Gdyby zabrakło prądu w sieci głównej, urządzenia podtrzymujące podjęłyby pracę na kilka−kilkanaście minut, a następnie włączyłby się agregat (zainstalowany jest on na zewnątrz).

Z kolei zaglądamy do trójmiejskiej sieci światłowodowej, znajdującej się w oddzielnym pomieszczeniu. I znów widzimy sporo metalowych szaf oraz sploty przewodów światłowodowych. – Węzły światłowodowe rozmieszczone są w całym Trójmieście – tłumaczy mój rozmówca. Z szaf wyprowadzone są w głąb ziemi. Snują się nie tylko podziemnymi traktami do Gdyni, ale również do Olsztyna oraz innych miejscowości. Zapewnia to łączność internetową z całą Polską i światem.

Sieć jest zdalnie monitorowana. Cały czas pilnie obserwują ją specjaliści informatycy na swoich monitorach w odrębnym pomieszczeniu. Nic nie ujdzie ich uwadze. Wiedzą, kto i kiedy odwiedził miejsce, gdzie usytuowane są główne urządzenia i sieć światłowodowa. Informację pozostawia osoba, która wchodzi. Swoistą przepustką i zarazem informacją dla sieci jest karta magnetyczna. System komputera−giganta rejestruje każde wejście. Ponadto w odpowiednich miejscach rozmieszczone są kamery. Wszystko jest sterylnie czyste.

Jak to działa?

Z Galery korzystają wszystkie ośrodki naukowo−badawcze w Trójmieście oraz jednostki przemysłowe, współpracujące z nimi, nadto jednostki administracji państwowej. Wszystko podłączone jest do sieci TASK, która znajduje się w pomieszczeniu administratorów, tzn. specjalistów informatyków. Pomieszczenie, gdzie zatrudnieni są informatycy, śmiało można nazwać również swoistym ośrodkiem decyzyjnym. Tu bowiem cały czas na bieżąco przeglądają oni, analizują oraz ustawiają całą sieć. W oczy rzuca się wielka tablica świetlna na ścianie, będąca schematem elektronicznym całej sieci TASK. Na oddzielnej tablicy wyświetlone są wszystkie parametry funkcjonującego obecnie komputera giganta, czyli klastra, działającego na procesorach Xeon Quad−Core. Widoczna jest także temperatura otoczenia. Pozostałe, istotne informacje (m.in. administrowanie całymi zasobami systemowymi oraz mocami komputera) specjaliści posiadają na swoich monitorach. Komputer gigant jest pod stałą kontrolą. Innymi słowy – tam, gdzie pracują specjaliści, działa centrum obserwacyjno−kontrolne.

– W każdej chwili można ustalić, gdzie jest awaria – wyjaśnia dyrektor Nakonieczny. – Informatycy mają także podgląd na swoich monitorach. Widzą, co można zmienić w danej chwili. Centrum zarządza komputerami dużej mocy, jak również wyjściem Internetu w świat.

Samą siecią zarządza 8 osób. W całym centrum zatrudnionych jest ponad 20 pracowników. W większości są to absolwenci PG. W Radzie Użytkowników oraz w Radzie Naukowej zasiadają również profesorowie. Personel czuwa praktycznie przez całą dobę. Praca jest tak zorganizowana, że sygnały o perturbacjach odbierane są przez Internet lub komórkę. Gdyby okazało się to konieczne, odpowiedni specjaliści przyjechaliby do centrum nawet w nocy.

Zespół jest ambitny. Już jedenasty rok wydaje anglojęzyczny kwartalnik „Scientific Bulletin of the Academic Computer Centre”, który trafia do ok. 200 bibliotek w świecie. Publikowane są w nim ciekawe prace obliczeniowe.

Wyścig po najnowsze

Drogę ku postępowi utorowała transformacja społeczno−polityczna w kraju, której początek liczymy od historycznego 1989 r., kiedy to działacze spod znaku Solidarności przejęli władzę. Chociaż nawet w niełatwych czasach PRL pracownicy naukowo−dydaktyczni bez większych przeszkód mogli bywać na konferencjach i sympozjach naukowych w świecie i obserwować postęp w nauce, jednak prawdziwa swoboda zapanowała na początku lat 90.

– Na początku lat 90. supernowoczesne ośrodki informatyczne z komputerami gigantycznej mocy zaczęły powstawać na Zachodzie – mówi dyrektor trójmiejskiego centrum. – Informacje o powstaniu Internetu przywieźli naukowcy z Warszawy. Wtedy to w większych aglomeracjach na terenie całego kraju zaczęły powstawać lokalne sieci komputerowe, posiadające, dzięki łączom Telekomunikacji Polskiej, połączenie z Internetem. Trzy największe uczelnie – Uniwersytet Gdański, Politechnika Gdańska oraz Akademia Medyczna posiadały łącza internetowe jako pierwsze w Trójmieście. Bardzo daleko było do doskonałości. Parametry były bardzo niskie. Pierwsze sieci internetowe wykorzystywały łącza telefoniczne. Ale już rok później powstały w Trójmieście łącza światłowodowe.

Obecnie praktycznie nie ma ograniczeń. Należałoby podkreślić, że nowoczesne centrum trójmiejskiej akademickiej sieci informatycznej zbudowane zostało od podstaw. Do 2007 r. mieściło się ono w gmachu głównym PG, gdzie wykonano szereg niezbędnych robót adaptacyjnych. Nowe warunki to luksus. Wszystko zostało wykonane w taki sposób, aby centrum funkcjonowało jak najlepiej. Zainstalowano przyjazną środowisku naturalnemu klimatyzację. Przewody klimatyzacyjne oraz wszelkie inne (np. kable zasilające) ukryte zostały pod podłogą, w sufitach albo w ścianach. Nie ma żadnej prowizorki. Chłodzenie odbywa się bez freonu. Zastąpiła go woda lodowa – znajduje się ona w dużych pojemnikach na dachu. Tam jest schładzana przez sprężarki i pompowana poprzez wymienniki ciepła do pomieszczeń z serwerami. Pomieszczenia są obszerne, ponieważ zakłada się, że za jakiś czas trzeba będzie zwiększyć moc komputera giganta, jak również polepszyć warunki pracy ludziom.

Po co takie giganty?

Postęp w różnych dziedzinach nauki jest tak ogromny, że bez komputerów dużej mocy trudno się obejść. W związku z tym potrzebne są bardzo duże moce obliczeniowe. Nie trzeba czekać na wyniki rok lub dwa. Można je otrzymać w ciągu bardzo krótkiego czasu. – Trwa obecnie w świecie wyścig technologiczny – kto pierwszy, ten lepszy – powiada dyrektor.

Centrum, usytuowane w PG, jest jednostką międzyuczelnianą. Koszty związane z jego budową i wyposażeniem w połowie sfinansowało Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego. Część środków została wypracowana przez pracowników placówki, która prowadzi również działalność usługową. Jedną trzecią procesorów dla komputerowego giganta przekazała firma INTEL – amerykański potentat.

Galera jest już trzecim klastrem, zbudowanym w międzyuczelnianym centrum informatycznym. Pierwszy skonstruowano w 2000 r. Posiadał on moc 100 GFLOPS, czyli mógł wykonywać 100 milionów operacji na sekundę. Następny klaster, który powstał 4 lata później, miał moc 3 TFLOPS, tzn. był w stanie wykonywać bilion operacji w ciągu sekundy. A najnowszy klaster posiada moc – jak wiadomo – 50 TFLOPS. Innymi słowy – posługiwanie się komputerem z 2000 r. dawało wynik obliczeń w ciągu np. 100 dni. Najnowszy gigant komputerowy czyni te same obliczenia w ciągu zaledwie jednego dnia.

Postęp jest więc ogromny i dokonuje się praktycznie co 3−4 lata. Pierwsze komputery, które pojawiły się w Polsce przed kilkudziesięcioma laty, zajmowały wprawdzie jedno duże pomieszczenie biurowe, były jednak miliard razy wolniejsze. Dane, które mogły wówczas pomieścić, można by obecnie zaprogramować w minikomputerze wielkości pudełka od zapałek. – Pierwszym komputerem, jaki pamiętam, a pracowałem wówczas w Zakładzie Elektronicznej Techniki Obliczeniowej w Gdyni – wspomina szef centrum – był komputer angielskiej firmy ICL. Dopiero po jakimś czasie pojawiły się polskie komputery typu „Odra”, które wykonywały 70 tys. operacji na sekundę. Gabaryty – rzec by można – są podobne, ale moce różnią się diametralnie! – podkreśla dyr. Nakonieczny. – Telefon komórkowy ma niewiele mniejszą moc niż komputery sprzed czterdziestu lat! Za kilka lat nasze centrum będzie dysponowało klastrem 10−krotnie sprawniejszym. Taka będzie konieczność. Kiedy Trójmiasto nie dysponowało własnym międzyuczelnianym centrum informatycznym, naukowcy dokonywali obliczeń w ośrodkach Europy Zachodniej albo w USA.

Komu to potrzebne?

Komputer olbrzymiej mocy przyda się do realizacji ambitnych projektów naukowo−badawczych. Np. zespół prof. Józefa A. Liwo z Wydziału Chemii Uniwersytetu Gdańskiego zajmie się modelowaniem procesu zwijania białek, co ma ścisły związek z lepszym rozumieniem procesów, które zachodzą w organizmie człowieka. Analizy komputerowego giganta pozwolą łatwiej przyjrzeć się procesom zwijania lub fałdowania białek. Może to dopomóc w zrozumieniu m.in. zmian nowotworowych lub innych chorób.

Klaster najnowszej konstrukcji przyda się także zespołowi prof. Piotra Doerffera z Instytutu Maszyn Przepływowych PAN, realizującemu międzynarodowy projekt badawczy FLIERT. W pracy nad tym projektem niezbędna będzie komputerowa analiza oporów powietrza oraz aerodynamiki samolotów. Badania oparte będą na wynikach analiz prowadzonych w tunelu aerodynamicznym w Kolonii. A zasadniczym celem jest stworzenie symulacji lotów wehikułu powietrznego nowej konstrukcji, gdy w grę wchodziłoby zmniejszenie oporów powietrza, zwiększenie prędkości oraz zmniejszenie zapotrzebowania na paliwo. Nie ulega wątpliwości, że do tego typu prac konieczny jest komputer o wielkiej mocy obliczeniowej.

Dysponując nim, pracownicy naukowo−dydaktyczni trójmiejskich ośrodków akademickich są autentycznymi partnerami swoich kolegów po fachu, zatrudnionych w najbardziej renomowanych uczelniach na świecie. Wszystko, co da się obliczyć za pomocą wzoru matematycznego, błyskawicznie wykona olbrzymi komputer. Cieszą się z tego powodu biotechnolodzy, specjaliści chemii lekarstw, jak również genetycy, analizujący przyczyny uszkodzeń kodu DNA komórki.

Komputer gigant przyda się też do organizowania systemu wideo− konferencji. Nie trzeba będzie pokonywać dużych dystansów środkami lokomocji, aby wziąć udział w takiej lub innej konferencji naukowej. Wystarczy, że np. w 22 jednostkach sieciowo−komputerowych zostaną ustawione duże monitory. Odpowiednie oprzyrządowanie (w tym serwery) sprawi, że pojawi się bezpośrednia łączność między kilkudziesięcioma miastami. Będzie można konferować, nie ruszając się z miejsca. Da to niemałe oszczędności czasu i pieniędzy.

Pracownicy centrum nierzadko współpracują z prokuraturą. Pomagają w identyfikacji komputera, który posłużył do działalności przestępczej. Chodzi m.in. o nieuczciwe transakcje finansowe.

Innych programów, pozwalających maksymalnie wykorzystać komputer gigantycznej mocy, trójmiejskie centrum ma sporo. Można więc podziwiać zapał i pomysłowość tamtejszych informatyków.