A maximumot hozzák ki „Supermanből” a BME kutatói

Az idén három éves műegyetemi szuperszámítógép felhasználási területeinek titkaiba avattak be a „Supermant” felhasználó kutatók és az eszköz üzemeltetői.

„Az uniós közösségi fejlesztési pályázatoknál a kutatóegyetemeken alapvető infrastrukturális adottságnak tekintik a Műegyeteméhez hasonló szuperszámítógépeket. Meglétük létfontosságú ahhoz, hogy a kutatók egy-egy fejlesztési projektet sikerre vigyenek, ám a legtöbb közösségi forrás nem támogatja az ilyen célú eszközbeszerzéseket” – emelte ki Szeberényi Imre, a Villamosmérnöki és Informatikai Kar Közigazgatási és Informatikai Központ kutatás-fejlesztési igazgatóhelyettese, az idén harmadik születésnapját ünneplő műegyetemi szuperszámítógép, az egyetemi köznyelvben „Supermannek” hívott eszköz jelentőségét ecsetelve. Hozzátette: „ugyan a legtöbb kutatási tevékenységet végző tanszék alternatív lehetőségként rendelkezik saját számítógépparkkal, ám egyik kari szervezeti egységnek sincs ekkora teljesítményű, ilyen prompt, közvetlen és egyszerű elérésű, hardver- és szoftveroldalról is kiemelt támogatással bíró számítógépe, mint a ’Superman’.”

A „Superman” kezdetben és ma
A Műegyetem 2012 szeptemberében a Társadalmi Operatív Program (TÁMOP) nyertes pályázójaként, mintegy 70 millió forintért vásárolta meg a 360 processzormagos klaszter rendszerű gépet, amely ma az R épület 3. emeletén található.
A szuperszámítógép felhasznált kapacitása már az első napokban 75-80% körül volt, mára 90% felett van. Működése az eddig eltelt időszakban körülbelül 6,3 millió CPU óra, amely egy mai jobb képességű számítógép 718 évig tartó szünetmentes üzemelésének felel meg.
Jelenleg kb. 70 kutatási projekt zajlik a szuperszámítógépen. A „Superman” használata közben kapott eredményeket eddig összesen 106 publikáció ismerteti, amelyek között 61 folyóiratcikk, 7 PhD-dolgozat és számos konferencia-előadás található. Ezek az írások fontos tudományos jelentőséggel bírnak: 25 cikk 2-nél magasabb impaktfaktorú (IF) folyóiratban jelent meg, az egyik publikáció impaktfaktora 13,74 (a folyóirat címe: Angewandte Chemie – a szerk.).
A szuperszámítógép terhelése jelentős az egyre növekvő kihasználtsága miatt. A túlterheltséget 2014 tavaszától a „Superman” üzemeltetői azzal próbáltak enyhíteni, hogy bizonyos speciális paraméterező feladatokat a Kormányzati Felhőbe (KOF) küldenek. Az együttműködésnek köszönhetően 240 processzormaggal bővült a szuperszámítógép kapacitása, e mellett egy külső projekt keretében 120 terabyte-nyi tárhellyel egészült ki az eszköz hardverállománya. (A bme.hu korábban a „Superman” első évének teljesítményéről is tudósított.)

„Jelenleg hat műegyetemi kar használja aktívan a szuperszámítógépet a kutatásaihoz. A Vegyészmérnöki és Biomérnöki Kar foglalkoztatja a processzorokat a legtöbbet. A Közlekedésmérnöki és Járműmérnöki Kar még nem indított jelentősebb számítási erőforrást igénylő feladatot a gépen, a Gazdaság- és Társadalomtudományi Kar pedig jelezte, hogy a jövőben biztosan nem folytat olyan tudományos tevékenységet, amelyhez szükség lenne a „Supermanre” – részletezte az intézményen belüli kihasználtságot Szeberényi Imre.

„Bármelyik műegyetemi hallgató vagy kutató kérvényezheti a szuperszámítógép használatát kutatásaihoz és szakmai munkájához. Igényét a VIK által fejlesztett kezelőfelületen az egyedi, ún. eduID azonosítójával teheti meg.” (eduID: egy szabványokon alapuló, elosztott felhasználó-azonosítási szolgáltatás, amelynek fő résztvevői az akadémiai szektor intézményei. Az eduID célja, hogy az intézmények közötti és intézményen belüli webes felhasználó-azonosítást egységessé, átláthatóvá, és így könnyen kezelhetővé tegye – a szerk.) „A karok kijelölt felelősei bírálják el a „Superman” gépidejére leadott kérelmeket, azok kidolgozottsága, tudományos vonatkozása és a rendelkezésre álló kapacitások függvényében. Néhány esettől eltekintve eddig minden projekttervet támogattunk” – ismertette az új témák befogadásának körülményeit a VIK oktatója, majd felhívta a figyelmet a „Supermannel” kapcsolatos egyik legnagyobb problémára: a gyors elavulásra. „A mai felszereltségével és teljesítményével a szuperszámítógép 2001-ben a világranglista 1. helyén szerepelt volna, míg 2007-ben ez a konfiguráció mindössze az 500. helyre lett volna elég ugyanezen a listán, ma pedig már be sem kerülne a világ 500 legjobb szuperszámítógépe közé. A ’Superman’ ma még óriási segítség a műegyetemi kutatásokban, de számolni kell a technikai adottságok elavulásával, és számításba kell venni a közeljövőben a hardver- és szoftverkorszerűsítés lehetőségeit” – ecsetelte a gyors technikai fejlődés miatti folyamatos fejlesztési kényszerről Szeberényi Imre.

A „Superman” kapacitásának körülbelül 36%-át a Természettudományi Kar, kiemelten a Fizikai Intézet Elméleti Fizika Tanszéke használja, főként fizikai alapkutatási tevékenységek támogatására. „Elsősorban szilárdtest-fizikai vonatkozású, számítógépes szimulációkon alapuló vizsgálatok elengedhetetlen megvalósítási eszköze a nagy memóriaegységgel és teljesítménnyel rendelkező műegyetemi szuperszámítógép” – hangsúlyozta az egyik legnagyobb felhasználó képviseletében Szunyogh László, a TTK Fizikai Intézet intézetigazgató-helyettese, az Elméleti Fizika Tanszék tanszékvezető egyetemi tanára. A legfontosabb témák között példaként említette a kétdimenziós rendszerek fizikájának kutatását, vagy a funkcionális mágneses anyagok vizsgálatát, amelyekhez a „Superman” segítségével végeznek számításokat. „Technológiai szempontból kiemelt fontosságúak és ezáltal a jövő generációinak életére is jelentős hatással lehetnek a nagy mágneses anizotrópiájú, ún. kemény mágneses anyagok vizsgálatának eredményei.

Az egyik folyamatban lévő kutatásunkban újszerű mágneses szerkezeteket vizsgálunk nanostruktúrált anyagokban. Reményeink szerint, ilyen mágneses nano-textúrák a jelenleginél jóval nagyobb kapacitású mágneses adattároló eszközök memóriaegységeként lesznek alkalmazhatók. Kiemelt jelentőséggel azt elemezzük, hogy ezen mágneses mintázatok mekkora hőmérsékletig őrzik meg stabilitásukat, illetve hogy miként növelhető ez a hőmérsékleti határ” – részletezte a két európai uniós kutatási téma egyikét Szunyogh László. „További kutatásaink célja olyan anti-ferromágneses anyagok felfedezése, amelyekkel a magneto-rezisztív szenzorokban található, rendkívül költséges irídium vegyületek helyettesíthetők” – említette meg egy másik aktuális témáról a tanszékvezető.

A szuperszámítógép memóriaegységeit több gyógyszerészeti és biokémiai kutatáshoz is felhasználják, például enzimreakciók számítógépes modellezéséhez. A téma egyik képviselője Krámos Balázs, a Vegyészmérnöki és Biomérnöki Kar Szervetlen és Analitikai Kémia Tanszék PhD-hallgatója, aki Oláh Julianna témavezetése mellett többedmagával végzett kutatásban molekulák kémiai vizsgálatával foglalkozik. „Olyan kvantummechanikai számítások végezhetők el a „Supermannel”, amelyek pusztán papír és ceruza használatával megoldhatatlanok. Az enzimreakciókat elemző kutatásaimban olyan eljárásokat alkalmazok, amelyek a számításigényes kvantummechanikai és az empirikus alapokon nyugvó, sokparaméteres molekulamechanikai módszereket ötvözik” – magyarázta a fiatal vegyészmérnök kutató. Példaként említette a humán aromatáz nevű, az ösztrogén hormon előállításáért felelős enzimet: „az ösztrogént a tesztoszterontól lényegében a molekulában lévő egyik hattagú gyűrű aromás elektronszerkezete különbözteti meg, amely a humán aromatáznak köszönhetően alakul ki. Ez egy több lépéses, rendkívül rövid élettartamú köztitermékeken át lejátszódó kémiai átalakulás. A folyamat pontos mikéntje egyelőre tisztázatlan” – mutatta be kutatásainak egyik fontos aspektusát Krámos Balázs.

A fiatal kutató és a csapata eredményei nagyon fontos szerepet játszhatnak például az idősödő hölgyeknél alkalmazott hormonpótló gyógyszerek fejlesztésében is. „Ilyen típusú készítmények alkalmazásakor a lebontás során köztes termékként karcinogén, azaz rákkeltő hatású szabad gyökök keletkezhetnek. Ennek kockázata úgy csökkenthető, ha megértjük a hatóanyagokat lebontó enzimekben végbemenő átalakulás pontos mikéntjét, amelyekre a kutatásainkban keressük a választ.”

A nagy teljesítményű, jelentős memóriakapacitással rendelkező számítógépek sokrétű felhasználási területét mutatja, hogy a „Superman” megkerülhetetlen a műegyetemi tanszékek mellett az ipari partnerekkel közösen teljesített kutatási feladatoknál is. „Egyik legújabb felhasználónk a Szent János Kórház Idegsebészeti osztálya, amely MR-alapú idegpálya-vizsgálatokat végez kézremegésben szenvedő betegeknél, akiknek a thalamusába a kézremegés ellen elektródát ültettek” – hangsúlyozta a szuperszámítógépes kutatásokat ecsetelve Szeberényi Imre.

A beszerzési pályázat szabályzata három évig kötelezi az egyetemet a szuperszámítógép fenntartására, ám a BME hosszabb távra tervez a „Supermannel”. „A jövőt az határozza meg, hogy képesek leszünk-e lépést tartani a technikai fejlődéssel, és lesz-e újabb forrás a gép kapacitásának bővítésére és korszerűsítésére, meg tudjuk-e védeni az elavulástól.”

- TZS -

Fotó: Philip János, superman.eik.bme.hu/info/system/