Musela by puknout Země a pohltit vědecký ústav. Jen při takovém zemětřesení by podle propočtů zanikl japonský Earth Simulator, doslova Simulátor Země. Úkolem nejvýkonnějšího superpočítače světa je vytvářet nejsložitější modely seizmické činnosti a vývoje klimatu.
Japonci neskrývají hrdost na svůj bezkonkurenčně nejvýkonnější superpočítač světa.Na skříních jejich Simulátoru Země ve výpočetním středisku Earth Simulator Centre u Jokohamy se přirozeně objevuje červený symbol známý z vlajky země vycházejícího slunce.
Poprvé v historii mají vědci k dispozici tak podrobné modely zemského podnebí, že postihují i významné změny počasí jako jsou silné tlakové níže, hurikány nebo mohutné záplavové deště. Jak minulý měsíc ukázala prezentace prvních výsledků japonského superpočítače Earth Simulator na britské Univerzitě v Cambridge, nejvýkonnější stroj na světě umožňuje s dosud nedosažitelnou přesností modelovat proudění vzdušných mas, stejně jako tepelné výměny v oceánech nebo střídání ledových dob. Dovoluje také široké časové posuny v měřítku od jedné sezóny po dlouhé tisíce let.
Odborníci oceňují bezkonkurenční výpočetní výkon (viz info) především proto, že jim dovoluje modelovat stav atmosféry a její vývoj na celé Zemi a přitom současně zpracovávat data o stavu oceánu. Právě to je nezbytná podmínka pro to, aby předpovědi vývoje globálního klimatu opravdu odpovídaly skutečnosti.
Obdobné počítačové pohledy do struktury zemského povrchu patří k simulacím, které umožní lépe předvídat seizmické jevy a předcházet tak škodám při zemětřeseních a erupcích sopek.
Suverénní jednička
Německý vědec Werner Meuer z Univerzity v Mannheimu zpracovává od roku 1993 TOP500 - žebříček pěti set nejvýkonnějších superpočítačů na světě (www.top500.org). Vždy se domníval, že na první příčce se žádný stroj neudrží déle než pár měsíců a první desítka bude velmi vyrovnaná. Omyl.
Práce japonských vědců z firmy NEC na zjevně nejvýkonnějším výpočetním nástroji všech dob, která začala už v roce 1997, vypadá jako rukavice hozená Američanům. Earth Simulator by podle odhadu německého odborníka nejenže překonal výkon 19 svých nejbližších vzájemně propojených konkurentů, ale svou výsadní pozici si udrží ještě nejméně dva roky. Než byl vloni v březnu uveden do zkušebního provozu, první šestice nejvýkonnějších superpočítačů pracovala ve Spojených státech.
Srovnání Goliáše s Davidem připomíná poměr současné superpočítačové "jedničky" ke "dvojce". Výkony těchto strojů se měří v počtu operací s necelými čísly, které vykonají za jednu vteřinu, tedy ve flopech. Simulátor Země zvládá takřka 36 teraflopů, tedy 36 biliónů operací za vteřinu. Jeho nejbližší konkurent ASCI Q firmy Hewlett-Packard, který provozují americké Národní laboratoře Los Alamos, dosahuje nejvyššího výkonu takřka 14 teraflopů.
Čím si vysvětlit tak propastný rozdíl? Earth Simulator za svůj mimořádný výkon vděčí jednotlivým součástkám a dílům optimalizovaným na řešení určitého speciálního úkolu. Sestává ze 640 procesorových uzlů vzájemně pospojovaných 82 tisíci vysokorychlostních kabelů tak, aby každý uzel mohl komunikovat s každým, aniž by to narušovalo vzájemnou komunikaci ostatních uzlů. Američané se v programu ASCI soustředili spíše na využití velkého počtu relativně levných obvodů.
Družicové snímky ukazují vývoj hurikánu Isabel, který letos napáchal značné škody. Matematické simulace vývoje atmosféry na superpočítači Earth Simulator umožní mnohem přesněji než dosud předpovídat výskyt a vývoj obdobných ničivých jevů.
Závěs proti otřesům
Vývoj a konstrukce krále superpočítačů stála Japonce přes půl miliardy dolarů. Tomu také odpovídá způsob, jakým se o stroj postarali. Japonské středisko pro mořskou vědu a technologie (JAMSTEC) jej provozuje ve speciální budově vysoké 17 metrů, která zabírá plochu čtyř tenisových dvorců. Stojí poblíž Jokohamy v relativně seizmicky klidné oblasti Japonska proslulého častými zemětřeseními.
Stavba splňuje nejpřísnější bezpečnostní hlediska a podle propočtů by měla odolat zemětřesením všech stupňů s výjimkou nejvyššího, kdy může puknout zemská kůra. Vlastní počítač se nachází v několikapatrové konstrukci zavěšené na samostatných nosných pylonech. Konstruktéři počítali i s tím, že se vzájemné polohy pylonů při zemětřesení změní, ale zavěšená "vana" s počítačem zůstane stabilní.
Kromě vývoje globálního klimatu zajímá právě Japonce na jejich nestabilním souostroví možnost simulovat seizmické děje na planetě a naučit se je předvídat. Možnosti stroje si ověřili na matematických modelech dvou skutečných zemětřesení, jež proběhla v Nankai v roce 1944 a v Kushiro v roce 1993.
Aby model geologických poměrů v rozsáhlém okolí epicentra zemětřesení odpovídal skutečnosti, museli počítat s prostorovou mřížkou složenou z 3,2 miliardy bodů vzájemně měnících svou polohu. Earth Simulator nezklamal. Došel k výsledkům velmi blízkým skutečnosti, byť mu výpočet jednoho modelu zabral zhruba dvě hodiny času.
Autor je spolupracovníkem redakce
info
Simulátor Země, jednička mezi superpočítači
Základní charakteristika: Paralelní superpočítač s distribuovanou pamětí určený pro kvantitativní předpovídání a posuzování změn atmosféry, oceánu a pevné země.
Počet procesorů: 640 vzájemně propojených procesorových uzlů po osmi procesorech, celkem 5120 procesorů.
Hlavní paměť: 10 terabytů (tera = bilión = 1012)
Výkon: 36 teraflopů (36 biliónů operací v pohyblivé řádové čárce za vteřinu)
Počet komunikačních kabelů (základní sestava): 81 920 o délce 2890 km
Zahájení vývoje: 1997
Uvedení do provozu: 11. března 2002
Výrobce: NEC
Náklady na vývoj a konstrukci: Asi 500 miliónů dolarů
Lokalita/provozovatel: Earth Simulator Centre, Jokohama/Japonské středisko pro mořskou vědu a technologie (JAMSTEC)
Pramen: JAMSTEC
