Výkon „super“ a spotřeba čím dál víc „light“. Superpočítače míří k udržitelnosti

Svého času to byla velká revoluce. Když se začalo v kontextu elektrických domácích spotřebičů mluvit o energetických třídách, kdekomu zvedlo obočí to, kolik elektřiny „sní“ jeho současný spotřebič. A taky to, že to jde daleko úsporněji. Podobnou genezi zažily i superpočítače. Jistě, že jsou tady hlavně od podávání extrémních výkonů. Tlak na jejich výrobce je ale stejný jako na producenty jiných „spotřebičů“. I oni musí umět s elektrickou energií nakládat co nejefektivněji. Nejvýkonnější tuzemský superpočítač Karolina z dílny Hewlett Packard Enterprise to zvládá víc než dobře. V mezinárodním hodnocení získal titul třetího energeticky nejúčinnějšího superpočítače v Evropě. Je to výsledek časově náročného ladění jednotlivých parametrů a efektivního způsobu zadávání uživatelských úloh. A ano, úspory to přináší opravdu velké. Na problematiku jsme se zeptali experta na superpočítače ze společnosti Hewlett Packard Enterprise Luboše Koláře.

Polovina listopadu, americké St. Louis, 58. vyhlášení žebříčku nejvýkonnějších superpočítačů světa TOP500 a také těch nejzelenějších pod názvem Green500. Nejvýkonnější český superpočítač Karolina umístěný v Národním superpočítačovém centru IT4Innovations (součást Vysoké školy báňské – Technické univerzity Ostrava) obsadil 8. místo celosvětově, a mezi evropskými superpočítači dokonce 3. příčku v oblasti energeticky nejúčinnějších superpočítačů světa. Že se tak stalo, nebyl výsledek náhodný. Předcházely tomu týdny ladění technologické specifikace a detailní monitoring toho, jak se infrastruktura při zpracovávání jednotlivých úkolů chová.

„Měření do žebříčku se provádí na základě standardizovaného testu s názvem High Performance Linpack, kterému předcházelo dynamické ladění superpočítače. Jedna věc je totiž samotný výkon a druhá to, kdy má superpočítač při zachování co nejvyššího výkonu co nejnižší spotřebu,“ vysvětluje Luboš Kolář, který za Hewlett Packard Enterprise koordinoval implementaci superpočítače.

Pouhých 5 procent výkonu může sebrat celých 20 procent energie

Měření ukázala, že GPU akcelerovaná část superpočítače Karolina dokáže dosáhnout výkonu 6,75 PFlop/s, tedy deset na patnáctou operací za sekundu, což je výkon, který je někdy opravdu potřebný a je nutné ho dosáhnout bez ohledu na spotřebu. Ne ale vždycky. A právě pro tyhle případy je důležité znát moment, kdy se stroj dostane na nejvyšší výkon za současného dosažení nejvýhodnější spotřeby. „Spotřeba se totiž nezvyšuje lineárně s rostoucím výpočetním výkonem, je to spíš exponenciála. Můžeme například říct, že 95 procent výkonu stroj dosáhne s 80procentní spotřebou, ale na zbylých pět procent do maxima potřebuje ještě dalších 20 procent energie,“ naznačuje Kolář, jak mravenčí práce je tohle všechno zkoordinovat. U Karoliny se ukázalo, že k tomuhle optimu dochází na asi 6,1 PFlop/s výkonu. „Konkrétně jsme zjistili, že když jsme správnou volbou nastavení o 9 procent snížili výkon, spotřeba klesla o 27 procent.“

Spotřeba běžného rodinného domu vs. spotřeba superpočítače Karolina

Proč to všechno? Pro současnou a hlavně příští generaci superpočítačů platí, že i ony se musí snažit dostát udržitelným klimatickým strategiím a zároveň plnit cíle, které na ně experti kladou. Například Karolina má za dva dny provozu spotřebu elektřiny jako rodinný dům za celý rok. „Poznání charakteristiky výkonu a ladění parametrů teď umožňuje úlohy pro superpočítač efektivněji spouštět a škálovat. U některých úloh například výpočtář pravidelně zadává úlohy přes noc, přičemž výsledky potřebuje druhý den ráno. S maximálním výkonem by bylo možné mít vše spočítáno třeba ve čtyři hodiny ráno, ale pokud budou zaměstnanci analyzovat výsledky až po příchodu do práce, stačilo by nastavit výkon o trochu menší, a výrazně tak ušetřit energii,“ přibližuje Kolář, jak konkrétně se dá šetřit energie i u strojů, u kterých se s tím na první dobrou úplně nepočítá.