AZ ELTE PC-ALAPÚ SZUPERSZÁMÍTÓGÉPE

Csikor Ferenc
ELTE Elméleti Fizikai Tanszék

Az elméleti fizikában az egyik legnagyobb számítási kapacitást igénylő terület a kvantumtérelméletek numerikus vizsgálata. A tér-időben diszkretizált elméletet a kvantummechanika Feynman-féle pályaintegrálásos formalizmusának kiterjesztéseként kapott funkcionálintegrálásos megfogalmazásban használjuk. Az eredmények alkalmazási területe: részecskefizika, nehézion-fizika, asztro-részecskefizika. Jelen írásnak nem célja a szuperszámítógép segítségével elért fizikai eredmények ismertetése, csupán a gép felépítéséről lesz szó. További részletek az eredeti publikációkban találhatók meg.

Az ELTE Elméleti Fizikai Tanszékén fenti kutatásokhoz 1997-ben kezdtünk el speciális PC-alapú szuperszámítógépet fejleszteni. Korábbi tapasztalatainkat szuperszámítógépekkel kapcsolatban a DESY (Hamburg) intézet APE típusú szuperszámítógépét használva szereztük. A PC-alapú szuperszámítógép ettől azonban jelentősen eltér. A fejlesztés fázisai:

1. db AMD K6 (450 MHz-es processzor)-ból álló fürt,
2. 64 db AMD K6 (450 MHz-es processzor)-ból álló fürt,
3. 132 db Intel P4 (1,7 GHz-es proeesszor)-ból álló fürt, mely utóbb további 30 géppel egészült ki,
4. 111 db Intel P4 (2,4 GHz-es processzor)-ból álló fürt.

A számítási feladat lényegében sokdimenziós integrálok kiszámítása. Ennek egyetlen lehetséges módszere a Monte-Carlo integrálás. Ennek részleteit természetesen nem kívánom ismertetni. Fontos megjegyzés azonban, hogy az általunk tanulmányozott problémákban a kölcsönhatás legközelebbi szomszédokat érint a tér-időben. Az ELTE szuperszámítógép ilyen jellegű feladatokra használható optimálisan.

Amennyiben a számítási feladat 1 PC-n elfér, tehát memóriaigénye nem túl nagy, és viszonylag gyorsan lefuttatható (pl. néhány hét alatt), a szuperszámítógépet úgy használjuk, hogy mindegyik gép más véletlen számról indítva ugyanazt a feladatot végzi el. A sok gép ekkor a statisztika növelését valósítja meg, egy-egy gépen rövidebb jobok futtathatók. Amennyiben nagyobb memória szükséges, vagy a feladat nagyon sok gépidőt igényel, szükséges lehet a feladatnak több gépre való szétosztása. Ekkor a futás közben adatokat kell átvinni a PC-nódusok között. Ennek az adatátvitelnek megfelelően gyorsnak kell lennie, és az adatot küldő és fogadó gép megfelelő együttműködésére van szükség. Az 1. fázisban ennek a feladatnak az elvégzésére saját tervezésű kártyát (mely főleg Horváth Viktornak, a Biológiai Fizikai Tanszék docensének érdeme) használtunk. Az Intel processzorok esetén már a kereskedelmi forgalomban kapható gigabites ethernet-kártyára tértünk át, amellyel gyorsabb adatátvitel valósítható meg. Az adatot küldő és a fogadó gép külön hálózatot alkot, amelyen csak ez a 2 gép található, így az adatátvitel gyors, adattorlódás nem fordul elő. Az egyes PC-nódusokon található eredményeket egy viszonylag lassú, külön ethernet-hálózaton lehet az úgynevezett fő gépre átvinni további kiértékelés céljából. A fő gép szolgál a különböző PC-nódusok vezérlésére is (jobok indítása, leállítása, file-ok másolása stb.). Az egyes nódusok nem teljes PC-t jelentenek, külön billentyűzet, videokártya, monitor, floppy-, illetve CD-egység nem szükséges.

Bár a gigabites adatátvitel elég gyors, a rendszer olyan feladatok megoldására optimális, amelyekben nincs szükség távolabbi gépek közötti adatátvitelre, ami csak több gépen keresztül volna megvalósítható. Ez a korlátozás a hagyományos felépítésű szuperszámítógépeknél lényegében nem áll fenn. Valójában az általunk tanulmányozott problémák döntő többségében ez a korlátozás nem jelent akadályt. Nagy előnye a rendszernek, hogy olcsó és skálázható. Az olcsóságot az biztosítja, hogy nagy tömegben gyártott PC-alkatrészekre van kizárólagosan szükségünk. A skálázhatóság pedig azt jelenti, hogy nagyobb rendszer kiépítésénél nem kell az adatátvitel lelassulásától tartani, ugyanis az mindig csak 2 gép között jön létre.

Fentiek szerint az ELTE szuperszámítógépe meglehetősen takarékos módon elégíti ki a kutatásokhoz kapcsolódó számítástechnikai igényeket. A gép biztonságosan működik, karbantartása egyszerű. Hasonló felépítésű rendszereket több külföldi egyetemen is használnak ma már. Ezek közül kiemelkedik a Wuppertali Egyetemnek ilyen felépítésű szuperszámítógépe, mely ezer nódusból fog állni. Ennek a gépnek az építését Fodor Zoltán irányítja.

Végezetül álljon itt az ELTE szuperszámítógép-fejlesztésében és megépítésében részt vett kollégák és hallgatók névsora: ifj. Csikor Ferenc, Egri Győző, Fodor Zoltán, Hegedűs Pál, Herpay Tamás, Horváth Viktor, Horváth Zalán, Katz Sándor, Kovács Péter, Piróth Attila, Papp Gábor, Szabó Kálmán, Tóth Anna és a szerző.