Pryzmat 61Pawel Misiak
Wroclawskie Centrum Sieciowo-Superkomputerowe (WCSS) jest jednym z pieciu osrodkow w kraju umozliwiajacych dostep do sieci Internet i duzej mocy obliczeniowej. Uslugi te swiadczone sa w oparciu o infrastrukture Wroclawskiej Akademickiej Sieci Komputerowej (WASK) oraz zakupiony ostatnio dla osrodka wroclawskiego przez Komitet Badan Naukowych superkomputer z rodziny IBM RS/6000 SP.
Wroclawski superkomputer nie zostal jeszcze uruchomiony. Przedstawiamy jednak informacje dotyczace jego przewidywanych mozliwosci.
WCSS bedzie korzystac z komputera IBM RS/6000 SP. Komputer ten nalezy do rodziny maszyn rownoleglych o pamieci rozproszonej (MPP - Massive Parallel Processing). Wyposazony jest w pietnascie wezlow obliczeniowych (nodes), w tym jeden "szeroki" i czternascie "waskich", pracujacych w oparciu o procesor RISC POWER2 taktowany zegarem o czestosci 66,7 MHz. Kazdy z wezlow waskich posiada pamiec operacyjna o pojemnosci 64 MB, dysk twardy o pojemnosci 1 GB oraz odpowiednie zlacza, kontrolery i adaptery, umozliwiajace podlaczenie dyskow i urzadzen zewnetrznych oraz dostep kazdego wezla do sieci. Wezel szeroki ma 128 MB pamieci operacyjnej oraz dyski twarde o lacznej pojemnosci 18 GB. Szybka wymiane informacji pomiedzy poszczegolnymi wezlami zapewnia inteligentne urzadzenie High Performance Switch 2 (HPS-2). Udostepnia ono cztery niezalezne sciezki komunikacyjne pomiedzy kazda para wezlow. Wyposazone jest w implementowny sprzetowo system wykrywania i korekcji bledow transmisji. HPS-2 zapewnia efektywna szybkosc przekazu informacji pomiedzy kazda para wezlow ok. 40 MB/s, co przy 15 wezlach daje laczna przepustowosc siegajaca 600 MB/s (megabajtow na sekunde).
Szybka zewnetrzna lacznosc sieciowa superkomputera mozna zrealizowac w oparciu o zainstalowane adaptery sieciowe w standardach FDDI i Turboway ATM 100, o szybkosci transmisji 100 MB/s.
Calosci szeroko rozumianej konfiguracji dostarczonego superkomputera dopelniaja dwie stacje robocze: RS/6000 model C10, oparta na procesorze PowerPC, wyposazona m. in. w streamer 8 mm o pojemnosci 5 GB i czytnik CD-ROM, oraz model 390, z procesorem POWER2, pamiecia operacyjna 128 MB, adapterem Ultimedia Audio i karta grafiki GXT150M. Pierwsza z nich przeznaczona jest do zarzadzania zasobami i praca superkomputera, natomiast druga moze byc wykorzystana do obslugi sieci, wizualizacji wynikow obliczen, realizacji prezentacji multimedialnych lub do przygotowywania zadan uruchamianych na superkomputerze.
Architektura i wyposazenie wroclawskiego superkomputera SP daje mozliwosc korzystania zen w celu przetwarzania szeregowego jak i rownoleglego w najroznorodniejszych dziedzinach zastosowan naukowych.
Wraz ze sprzetem dostarczone zostalo oprogramowanie systemowe, tzn. system operacyjny AIX 3.2, programy zapewniajace mozliwosci rownoleglego wykonywania aplikacji, kontroli nad procesami i zasobami komputera, wspolpracy z innymi komputerami etc. Uzytkownicy maja do dyspozycji kompilatory jezykow C/C++ oraz FORTRAN, wraz z bibliotekami umozliwiajacymi programowanie przetwarzania rownoleglego. Kompilator XL FORTRAN POWERBench ma zaimplementowane standardy jezyka FORTRAN 77 oraz FORTRAN 90. Drugi z wymienionych standardow jest waznym narzedziem tworzenia nowoczesnych, zaawansowanych programow numerycznych.
Do dyspozycji uzytkownikow wroclawskiego superkomputera sa tez biblioteki procedur numerycznych BLAS (Basic Linear Algebra Subroutines), MASS (Mathematical Acceleration Sybsystem) oraz kilka innych, najczesciej uzywanych zestawow procedur numerycznych dostepnych na serwerze Netlib. Pierwsza z wymienionych bibliotek jest szeroko uzywana przy tworzeniu aplikacji korzystajacych intensywnie z algorytmow algebry liniowej. Druga jest zbiorem procedur obliczania matematycznych funkcji wewnetrznych i operacji potegowania wykorzystywanych przez kompilatory C i FORTRAN-u, zoptymalizowanych pod katem architektury procesora POWER2 oraz superkomputera o pamieci rozproszonej. Jej zastosowanie pozwala uzyskac nawet dwukrotne przyspieszenie obliczen niektorych aplikacji. Biblioteki MASS beda dostepne na wroclawskim superkomputerze zarowno w wersji szeregowej (jednoprocesorowej), jak i rownoleglej (wieloprocesorowej), moga byc wiec rowniez wykorzystywane przez uzytkownikow posiadajacych wlasne stacje robocze oparte na platformie RS/6000/AIX.
Jedna z najczesciej wykorzystywanych przez uzytkownikow ze srodowiska akademickiego aplikacji naukowych jest system GAUSSIAN sluzacy do obliczen wlasnosci, struktury i oddzialywan ukladow molekularnych na poziomie ab initio i polempirycznym. Wroclawskim superkomputer bedzie dysponowal wersja GAUSSIAN 94, ktory umozliwi prace badawcza na poziomie swiatowym. Aplikacja ta bardzo intensywnie wykorzystuje moc obliczeniowa superkomputera. Sredni czas wykonywania pojedynczego zadania na jednym procesorze (wezle) wynosi od kilku do kilkudziesieciu godzin uzytego czasu CPU. Z mysla o podobnych zastosowaniach zainstalowano na wroclawskim superkomputerze programy GAMESS, DeFT oraz MOPAC, a takze programy uzytkowe BABEL i GAUSTOOL przydatne w procesie przygotowania danych wejsciowych oraz analizy wynikow obliczen kwantowochemicznych.
Sposrod oprogramowania ogolnego uzytku zainstalowano m. in. publicznie dostepne programy do opracowywania wynikow i ich graficznej wizualizacji: gnuplot i ACE/gr. Gnuplot jest uniwersalnym narzedziem sluzacym do tworzenia dwu- i trojwymiarowych wykresow w oparciu o dane majace postac analityczna lub numeryczna. ACE/gr jest rozbudowanym systemem do tworzenia wykresow, umozliwiajacy opracowanie wprowadzonych danych przy pomocy standardowych metod statystycznych i numerycznych. W programie tym zaimplementowano miedzy innymi procedury obliczania momentow rozkladu danych numerycznych (srednia, wariancja itp.), srednich kroczacych, korelacji i autokorelacji szeregow danych numerycznych, procedury calkowania i rozniczkowania numerycznego, obliczania numerycznej transformaty Fouriera, dopasowania krzywych do danych numerycznych itp. Program umozliwia operowanie duzymi zbiorami danych w kilku roznych formatach zapisu. Stanowi uniwersalne narzedzie analizy danych numerycznych, dostepne dla kazdego uzytkownika zasobow WCSS. Obydwa programy pracuja w srodowisku Xwindows.
Dla wygody uzytkownikow korzystajacych z systemu skladu tekstow TeX wykorzystano istniejaca wczesniej w srodowisku wroclawskim implementacje tego systemu na platformie komputerow RS/6000, obejmujaca takze polska wersje jezykowa MeX/LaMeX oraz LaTeX2e. System udostepniany jest przez siec za posrednictwem WCSS.
Poniewaz w ramach dostawy sprzetu i oprogramowania nie przewidziano kompilatora jezyka Pascal, ktorego uzyciem zainteresowani sa niektorzy uzytkownicy zasobow komputerowych WCSS, trwaja prace nad implementacja konwertera, pozwalajacego przeksztalcac kod programu z jezyka Pascal na C. Umozliwi to kompilacje i uruchomienie wlasnych aplikacji uzytkownikow bez koniecznosci translacji programu przez autorow.
Wroclawska Akademicka Siec Komputerowa zapewnia w chwili obecnej dostep do sieci Internet niemal wszystkim placowkom akademickim i naukowym Wroclawia i Dolnego Slaska. Dzieki temu wszyscy zainteresowani maja sieciowy dostep do zasobow superkomputera. Zasady przydzielania kont, zasobow obliczeniowych (czasu CPU, ilosci wezlow do wykonywania zadan itp.) i zasobow pamieci masowych okreslone sa regulaminem zatwierdzonym przez Rade Uzytkownikow MAN. W przyszlosci bedzie mozna korzystac z zasobow obliczeniowych WCSS na podstawie grantow obliczeniowych i po zobowiazaniu sie do przestrzegania regulaminu uzytkownika.
Przewiduje sie, ze klienci WCSS beda zainteresowani roznymi uslugami: od wykorzystania duzej szybkosci przetwarzania na pojedynczym wezle superkomputera, po bezposredni dostep do przetwarzania rownoleglego.
Pierwsza wyrozniona grupe uzytkownikow zglaszajacych udokumentowane zapotrzebowanie na duza moc obliczeniowa w zakresie masowych obliczen numerycznych stanowia uzytkownicy oprogramowania kwantowochemicznego, na potrzeby ktorych prowadzone sa prace nad oprogramowaniem, miedzy innymi do obliczen metodami ab initio GAMESS i DeFT oraz metodami polempirycznymi - INDO i pochodnymi. Potrzebe obliczen na komputerach duzej mocy zglosily zespoly naukowe prowadzace badania podstawowe i aplikacyjne z dziedziny chemii, biochemii, biologii molekularnej, fizyki i in. Dotychczasowe prace tych zespolow prowadzone byly czesciowo we wspolpracy z osrodkami zagranicznymi (np. czesc obliczen kwantowochemicznych wykonywanych przez pracownikow Zakladu Chemii Kwantowej PWr. prowadzona jest w osrodku superkomputerowym w San Diego, USA).
Druga grupe uzytkownikow zglaszajacych zapotrzebowanie na duza moc obliczeniowa stanowia reprezentanci nauk scislych i technicznych tworzacy oprogramowanie wlasne. Chodzi tu glownie o prace z dziedziny fizyki i chemii molekularnych ukladow skondensowanych, fizyki wysokich energii, mechaniki, elektroniki, niektorych specjalnosci nauk rolniczych i ekonomicznych. Potrzeby tych uzytkownikow w zakresie software'u dotycza przede wszystkim dostepnosci kompilatorow, bibliotek procedur numerycznych i uzytkowych oraz oprogramowania do analizy wynikow obliczen. Badania obejmuja symulacje dynamiki procesow fizycznych, symulacje ukladow wielocialowych, analize struktur o duzym stopniu zlozonosci itp. W ramach tych prac tworzone jest m. in. specjalizowane oprogramowanie symulacyjne (metody dynamiki molekularnej, Monte Carlo), do obliczen metoda elementow skonczonych, analizy dynamiki automatow komorkowych, rozwiazywania szczegolnych ukladow rownan rozniczkowych i algebraicznych itp. Obliczenia takie - intensywne numerycznie - wymagaja czesto uzycia znacznych zasobow mocy obliczeniowej i pamieci masowej, ktorych nie zapewnia pojedyncze stacje robocze czy ich grona (clusters), dostepne w srodowisku wroclawskim.
Jeszcze inny rodzaj zapotrzebowania na dostep do komputera duzej mocy zglaszaja przedstawiciele nauk informatycznych, zarowno podstawowych, jak stosowanych. Od lat prowadzone sa we Wroclawiu prace w dziedzinie teorii algorytmow rownoleglych, manipulacji symbolicznych oraz przetwarzania rownoleglego w zagadnieniach algebraicznych. Do ich prowadzenia niezbedny jest dostep do komputerow o przetwarzaniu rownoleglym. W ramach zastosowan teorii przetwarzania informacji prowadzone sa w srodowisku wroclawskim badania m. in. nad zastosowaniem elementow sztucznej inteligencji do zagadnien rozpoznawania obrazow, rozpoznawania jezyka, jak rowniez analiz makroekonomicznych i tworzenia systemow ekspertowych.
Wroclawski osrodek superkomputerowy oferuje uslugi w zakresie szkolenia uzytkownikow, konsultacji i wspolpracy w wykorzystaniu zasobow komputera duzej mocy dla potrzeb badan naukowych. We wspolpracy z przedstawicielami srodowiska akademickiego osrodek prowadzi zajecia dydaktyczne wykorzystujace komputery duzej mocy.
Na potrzeby uzytkownikow wydawane sa materialy informacyjne o istniejacych zasobach i mozliwosciach ich wykorzystania. Informacje te dostepne sa takze poprzez siec, na serwerze WWW. Uzytkownicy wroclawskiego superkomputera maja rowniez mozliwosc wymiany doswiadczen i zasiegania informacji za posrednictwem listy dyskusyjnej uzytkownikow komputerow duzej mocy.
Plany rozwoju zasobow i uslug oferowanych przez wroclawski osrodek superkomputerowy przewiduja rozbudowe bazy sprzetowej, tj. rozbudowe konfiguracji superkomputera (przede wszystkim powiekszenie pamieci operacyjnej i pamieci masowej), rozszerzenie palety platform sprzetowo-systemowych, miedzy innymi o wieloprocesorowy komputer z pamiecia dzielona, oraz udostepnienie wyspecjalizowanych urzadzen peryferyjnych. W celu zwiekszenia efektywnosci wykorzystania roznorodnego sprzetu i mocy obliczeniowej planuje sie dzialania zmierzajace do integracji istniejacych zasobow.
Odrebnym zagadnieniem jest dostep do wielkich pamieci masowych w celu archiwizacji zasobow bedacych w posiadaniu WCSS, jak i danych dostarczanych przez uzytkownikow, w szczegolnosci duzych baz danych, przetwarzanych na komputerze duzej mocy za pomoca specjalistycznego oprogramowania. W zwiazku z tym planowana jest rozbudowa systemow pamieci masowych wielkiej pojemnosci.
Planuje sie pozyskiwanie oprogramowania, na ktore uzytkownicy zglosza udokumentowane zapotrzebowanie. Dotyczy to w pierwszym rzedzie oprogramowania ogolnego uzytku, jak np. bibliotek procedur numerycznych ESSL i OSL zoptymalizowanych pod katem architektury procesora POWER2 i komputera RS/6000 SP.
Uzytkownicy prowadzacy badania w dziedzinie fizyki, chemii teoretycznej, matematyki stosowanej, informatyki i nauk technicznych chcieliby miec dostep do programow do manipulacji algebraicznych (Maple V, Reduce, MATLAB).
Uruchomienie wroclawskiego osrodka superkomputerowego stwarza nowe mozliwosci badan w srodowisku naukowym i akademickim Dolnego Slaska. Mozna sie spodziewac, ze dostep do komputera duzej mocy i mozliwosci przetwarzania rownoleglego na miejscu, przyniosa wymierne korzysci naukowe dolnoslaskiemu srodowisku. Pozwola tez na nowoczesne, szerokie ksztalcenie mlodej kadry naukowej w dziedzinach zwiazanych z przetwarzaniem rownoleglym.