'Een dergelijke grote computer hebben we aan een Europese universiteit nog nooit kunnen verkopen omdat we nog nooit zo'n hoog niveau van samenwerking zijn tegengekomen.' Dat zei Javail Aziz, topman van Silicon Graphics, bij de ondertekening van het koopcontract van de Cray Origin2000, afgelopen dinsdag. De supercomputer vertegenwoordigt een waarde van ongeveer 17 miljoen gulden en is aangeschaft door de Universiteit Twente, de TU Eindhoven en de Stichting Academisch Rekencentrum Amsterdam (Sara) alwaar ook de nationale supercomputer, de Gray C90 huist.
CIV-directeur Tom Koppen inhaleert de lovende woorden. 'Ik ben echt trots dat ons dit is gelukt. De rekenkracht van onze gebruikersgroep gaat door deze aankoop met ruim een factor tien omhoog. En niet eens voor heel veel meer geld. De leverancier heeft een mooi aanbod gedaan en de NWO-stichting Nationale Computer Faciliteiten (NCF) heeft een stimuleringspremie van meer dan een miljoen gulden aan deze machine van internationale allure meegegeven.'
De Universiteit Twente investeerde 1,5 miljoen in de aanschaf: de gebruikersgroepen van acht UT-faculteiten ruim 1,080 miljoen en het CIV ruim drie ton. De oude supercomputer bracht ruim een ton op. Net als de TUE zal de UT voor 43% eigenaar worden van de supercomputer. De overige 14% is voor Sara die de capaciteit verkoopt aan wetenschappelijke onderzoekers in Nederland. Ook het NCF zal een nog nader overeen te komen deel beschikbaar stellen aan projecten van andere universiteiten.
Zelfs president-directeur Rick Belluzo van Silicon Graphics was speciaal overgevlogen naar Amsterdam om de mantelovereenkomst rondom de Cray Origin2000 luister bij te zetten. De
aanschaf van een dergelijke supercomputer is zelfs voor de Amerikanen geen dagelijkse kost. De helft van de mondiale top vijfhonderd van supercomputers is afkomstig van de firma uit Californië. De reken- en visualisatiemachine van de UT en TUE geldt als een voorpost in de Europese markt. Silicon Graphicshoopt dat snel meer ambitieuze en rekenlustige Europese wetenschappers zullen volgen.
Bijzonder
De technische specificaties van de Cray Origin2000 zijn bijzonder en uitzonderlijk tegelijk. Liefst 128 processoren met een klokfrequentie van 250 megaHertz kunnen samenwerken. De scalaire processoren hebben elk 448 megaByte werkgeheugen op zak maar de totale geheugencapaciteit bedraagt 56 gigabyte met een diskcapaciteit van 512 gigabyte. Als de computer werkt, zweet hij niet maar de negen kabinetten met een totaal vloeroppervlak van 6,43 x 1,10 meter produceren per rack 5,5 kW warmte. Via warmtewisselaars houdt het rekenwonder het gebouw van Sara het hele jaar op temperatuur.
De megacomputer is ontworpen voor parallel rekenen waarbij de ene processor alvast aan het werk gaat zonder te wachten tot de andere klaar is. Voorwaarde is wel dat tussenresultaten vlot getransporteerd kunnen worden en dat de processoren van elkaar weten wat ze doen en waar ze in de berekening zijn. De processoren staan niet in één lijn omdat het dan veel te druk zou worden op de datasnelweg.
In de Cray Origin2000 heeft Silicon Graphics een nieuwe architectuur toegepast: non-uniform memory access (numa). Het geheugen is weliswaar verdeeld over de processoren maar de eindgebruiker 'ziet' één ongedeeld geheugen van enorme omvang.
Prestaties
De prestaties overtreffen die van de nationale supercomputer, de Cray C90, die tot eind 2000 zal blijven draaien en ook bij Sara in Amsterdam staat. Deze machine heeft maar twaalf processoren. Omdat deze veel krachtiger zijn dan die van de Origin2000 en in plaats van scalair, dus met cijfers, met vectoren rekent is een vergelijking niet op z'n plaats. Een duidelijk verschil is wel de snelheid. De Origin kan op piekmomenten 64 miljard bewerkingen, zoals optellingen en vermenigvuldigingen, per seconde maken. De C90 komt tot 12 miljard bewerkingen per seconde. Het werkgeheugen van de nationale supercomputer is met acht Gigabyte bovendien zeven maal kleiner dan van de Origin2000.
De nieuwe supercomputer wordt gefaseerd afgeleverd en staat pas in juni 1999 volledig werkklaar bij Sara in Amsterdam. Vanaf dat moment tot eind 2000 - wanneer de nationale supercomputer naar verwachting zal worden vervangen - is de UT/
TUE/Sara-machine daadwerkelijk de grootste en de mooiste van het land.
Snelheid
CIV-directeur Koppen: 'Bij de Origin2000 wordt op drie manieren snelheid gewonnen. Ten eerste hebben alle processoren een hoge klokfrequentie. De stervormige architectuur zorgt ervoor dat de data een zo kort mogelijke weg afleggen en dat de organisatie van het data-verkeer goed is. En tenslotte is het mogelijk om meer processoren tegelijk in te zetten. Met 10 processoren werk je in principe tien keer sneller. Nou, laten we zeggen acht keer sneller, want de processoren moeten toch af en toe op elkaar wachten.'
Parallel rekenen is een trend. Snelheidwinst door verdere miniaturisatie op de chips is namelijk moeilijk te realiseren. De warmtehuishouding is lastig te controleren omdat steeds meer transistoren op een kleinere oppervlakte worden gepropt. Bovendien neemt daardoor de gevoeligheid voor stof toe bij het foutloos bakken van de chips. Snelheidwinst bij berekeningen wordt daarom steeds meer gezocht in een slimme organisatie van deelprocessen.
Dr. ir A.J. van der Steen van de Universiteit van Utrecht werkte actief mee aan de selectie van de Origin2000. De keus voor het grote aantal parallelle processoren was bewust maar niet vanzelfsprekend. Van der Steen: 'In de branche is een wet die zegt dat berekeningen het meest efficiënt verlopen wanneer zo weinig mogelijk data getransporteerd hoeven te worden. Voor sommige vraagstukken is parallel rekenen ideaal - bijvoorbeeld om de stroming rond een vliegtuigvleugel te berekenen - maar soms moet de computer hoe dan ook wachten op de tussenresultaten. De wetenschappers kunnen hun ervaring en kennis met parallel rekenen nu wel volledig uitleven en dat kan mooie resultaten opleveren. De processoren van de Origin2000 zijn afzonderlijk ook krachtig genoeg om grote opgaven zelfstandig door te rekenen. Dat was een belangrijke randvoorwaarde voor de aanschaf. Of de nieuwe nationale supercomputer eind 2000 dezelfde structuur kijgt, hangt ondermeer af van de ervaringen met deze machine en van nieuwe technische ontwikkelingen.'
Surfnet
Het is de bedoeling dat de supercomputer interactief via het Surfnet bedienbaar is. Dit zal geen grote problemen opleveren vermoedt prof. dr. Peter Hilbers die als informatica-hoogleraar, gespecialiseerd in parallellisme, vanuit de TU Eindhoven bij dekoop begeleidde. 'De bandbreedte van het Surfnet is met 34 MegaByte per seconde tegenwoordig al groot genoeg, maar op korte termijn wordt deze vergroot tot 154 MegaByte per seconde. Met de komst van Internet 2 zal dit over een paar jaar nog verder uitbreiden. In sommige gevallen zullen we best moeten wachten maar voor een simulatie van bijvoorbeeld twee uur is een minuutje wachten geen probleem. Ik verwacht niet dat het data-transport de bottleneck is, al hadden we natuurlijk net als Twente de machine liever op eigen terrein neergezet.'
Gebruikersgroepen zijn 'laaiend enthousiast'
Het eerste officiële contact tussen de UT en de TU Eindhoven over een gezamenlijke aanschaf van een supercomputer dateert van juni 1998. 'Maar vorig jaar heb we met Eindhoven en Delft al eens over deze mogelijkheid gefilosofeerd', zegt CIV-directeur Tom Koppen.
'Vanaf juni is 80% van mijn tijd opgegaan aan vergaderingen, nota's schrijven en alles wat bij de aanschaf komt kijken', zegt ir. Erik Nijboer van het CIV op zijn beurt. Dat betekende lange tijd extra werk omdat de aanschafprocedure parallel liep met het vervangingstraject voor de huidige supercomputers van beide universiteiten. Het afketsen van het gezamenlijke project mocht de aanschaf van een nieuwe supercomputer onder geen beding in de weg staan.
Nijboer: 'Het NCF wilde een stimuleringspremie verlenen op voorwaarde dat de supercomputer meer dan 100 processoren had. Dat zou voor wetenschappelijk Nederland een bijzondere aanwinst zijn. De extra mogelijkheden die de gebruikers krijgen, gaven toen in Twente en Eindhoven de doorslag om op volle kracht met de aanschaf van de machine door te gaan. Via een versnelde Europese aanbeveling in november is alles zeer vlot rondgekomen.'
Enthousiast
De gebruikersgroep in Twente reageerde 'laaiend enthousiast' over de mogelijkheden van de gezamenlijke supercomputer. De vakgroepen Thermische Werktuigbouw, Chemische Fysica, Toegepaste Analyse, Computational Mechanics, Computational Materials Science en Technische Stromingsleer hebben allemaal een volledig aandeel waarvoor zij 40.000 gulden per jaar betalen. Civiele Techniek (0,5) en de Onderzoeksgroep FysischeScheidingen (0,25) hebben een percentage van een aandeel. De groepen krijgen de komende vier jaar de beschikking over vijf processoren van de supercomputer. De groepen die ook meededen aan de spaarpot voor de vervanging van de oude supercomputer van de UT kunnen zes processoren gebruiken. Reservering van meerdere processoren voor een bepaalde tijd is altijd mogelijk.
Koppen: 'Hopelijk zullen nieuwe gebruikers zich aanmelden voor aandelen. Met zo'n prachtige machine moet dat lukken. Bovendien blijkt uit recente jaarcijfers dat het gebruik dat UT-wetenschappers van de nationale supercomputer maken, in 1997 is vervijfvoudigd.'
Het samenwerkingsverband tussen de UT, de TUE en Sara heeft de naam Unite meegekregen.
Meer informatie over de Cray Origin2000 is te lezen op: www.
unite.nl!
