Monstermachine
met windtunnel

Nederland heeft er een nieuw stuk 'speelgoed' bij. Voor een bedrag van rond de 30 miljoen gulden schaften de gezamenlijke vaderlandse wetenschappers zich een nieuwe supercomputer aan. Het vlaggenschip van de nationale rekenaars staat in Amsterdam, heet Teras –het Griekse woord voor monster– en mag zich voorlopig de snelste machine van Europa noemen.

Had je net een dikke duizend piek bijeengespaard om vorige week vrijdag de vers uit Japan geïmporteerde PlayStation 2 te kopen, blijken de speelgoedzaken op een rantsoen van drie stuks per winkel te staan. Gelukkig arriveerde twee dagen eerder in Amsterdam alweer een snellere computer. De 'motor' van een PlayStation 2 verwerkt weliswaar twee keer zoveel bits per seconde als die van de Amsterdamse supercomputer, maar daar staat tegenover dat ze in Amsterdam 1024 van deze processors aan elkaar hebben gekoppeld.

Pizzadoos
Beide computers putten hun paardekrachten uit een vergelijkbare RISC-processor, maar toch is het verschil in prijs tussen de twee machines niet voor niets een factor 30.000. De PlayStation 2 past in een pizzadoos, hoewel een doorsnee Pentium het ertegen moet afleggen. Het omgekeerde is het geval bij de Teras in Amsterdam. Die doet weer terugdenken aan de reusachtige computers uit de jaren vijftig, toen soms het plafond verhoogd moest worden om de machine te kunnen plaatsen.

Het rekencentrum SARA in de Watergraafsmeer heeft ook een flinke zaal moeten ontruimen voor haar nieuwe SGI Origin3800-1024, de volledige naam van het huidige paradepaardje. Niet minder dan 45 manshoge kleerkasten vullen de ruimte: twee rijen van twintig stuks voor de meer dan 1000 processors en vijf kasten vol harde schijven.

Net als de PlayStation 2 ziet de Teras er 'strak' uit. „Eerst maar even de windtunnel in”, zegt Ron Trompert van SARA, die de machine demonstreert. Het waait inderdaad stevig in de ruimte van krap een meter tussen de twee rijen paars-zwarte kasten. In de vloer van de computerzaal liggen roostertegels voor de windaanvoer naar de kasten. Aan de buitenkant van de computer is weinig te zien: voor- en achterkant van elke kast bestaan uit één groot ventilatierooster, alsof je bij een auto alleen de radiateur en de uitlaat zou zien. „De elektriciteitsvoorziening was geen probleem, de koeling wel. We hebben een van de andere supercomputers in dit gebouw tijdelijk wat minder geheugen gegeven, anders zouden we bij de minste of geringste storing in de problemen komen.”

Trompert toont een opengewerkt deel van de computerkast: in elke 'slede' van de kast zitten vier processors, een centimeter of 10 uit elkaar. Van bovenaf lijken de processors op stekelvarkens, door de zwarte koelvinnen die de warmte efficiënt moeten afvoeren.

Rekendames
Vlak voor de onthulling door kroonprins Willem-Alexander, vorige week woensdagmorgen, vergeleek prof. dr. E. J. Baerends de supercomputer met zijn voorgangers. Baerends is hoogleraar theoretische chemie en voorzitter van de commissie die de producent voor de Teras mocht uitkiezen.

„Een van de eerste computers is de Eniac uit 1946. Die maakte honderd dames brodeloos, die met elektrische tafelrekenmachines baanberekeningen deden voor granaten voor het Amerikaanse leger. De dames werden destijds ”computers” genoemd. Het rekenvermogen van de Eniac woog op tegen 1000 tot 10.000 personen met zo'n tafelrekenmachine. De huidige Teras doet het werk van 10.000 à 100.000 bureaucomputers, of evenveel als 1 miljard Eniacs, of evenveel als 1000 miljard mensen zouden kunnen doen.”

Ook drs. M. Koornstra, directeur van SARA, keek nostalgisch terug naar het begin van de jaren zestig. Hij klopte destijds als student aan bij de wetenschappelijke rekenaars die werkten voor grote sterrenkundigen als Oort en Van de Hulst. Koornstra koestert nu 'zijn' Teras, „die in één seconde evenveel werk verzet als 44.000 manjaren van deze rekenaars.”

Huis bouwen
Baerends verhult niet dat er bij de keuze voor deze supercomputer de nodige meningsverschillen waren in de selectiecommissie. „We hebben een knoop moeten doorhakken over de keus tussen een vectormachine en een parallelle computer.” Baerend legt meteen uit wat hij bedoelt: „Een vectormachine heeft ook een heleboel processors, maar die putten allemaal tegelijk uit hetzelfde werkgeheugen. Dat geheugen moet dus zeer snel zijn, om alle processors op tijd van gegevens te voorzien. Bij een parallelle machine heeft elke processor zijn eigen geheugen. Bij Teras hebben we voor die laatste constructie gekozen, hoewel iedereen het erover eens was dat een machine met vectorprocessors de voorkeur had. De prijs heeft daarbij een doorslaggevende rol gespeeld. Ik schat dat het verschil een factor drie of vier is.”

Een van de grote uitdagingen waarvoor de toekomstige gebruikers van Teras staan, is om het rekenwerk zo in te richten dat de 1024 processoren allemaal aan het werk blijven. „Dat is niet eenvoudig. Vergelijk het met het bouwen van een huis, waar je met tien arbeiders aan werkt. Als je besluit om 1000 arbeiders in te zetten, is het huis niet honderd keer zo snel gebouwd. De mensen moeten op elkaar wachten, en ook de communicatie kost tijd. Zo is het bij de computer ook. Als je een rekenklus van honderd uur hebt en je kunt 90 procent ervan parallelliseren, dus efficiënt verdelen over verschillende processors, dan kun je met tien processors de klus in tien plus tien is twintig uur uitvoeren. Ga je naar twintig processors, dan heb je nog steeds 14,5 uur nodig, enzovoort. En ik verzeker je dat het al lastig is om iets 90 procent te parallelliseren. Het inzetten van 1000 processors heeft pas zin als je het rekenwerk voor 99,9 procent kunt parallelliseren.” Trompert legt uit dat de Teras daarom voorlopig in gedeelten 'verhuurd' wordt, in blokken die variëren van 64 tot 256 processors.

Huren
Maar is het nog van deze tijd dat ieder land zijn eigen supercomputer heeft, terwijl je met de snelle internetverbindingen even goed een partje van de reuzencomputers in de VS zou kunnen huren, of samen met een reeks Europese landen een grote computer zou kunnen bouwen? Minister Hermans is daar niet voor te porren, laat hij doorschemeren bij de opening. Nadat de prins door een Delftse hoogleraar uitvoerig is voorgelicht over het gebruik van supercomputers om berekeningen te doen aan dijkhoogtes, polderbemaling, rioleringssystemen, wervelingen achter kribben in de rivieren en menging van zout en zoet water, verzucht Hermans: „Als de zeespiegel inderdaad omhooggaat, moeten we ervoor zorgen dat we daar in Nederland zelf aan kunnen rekenen. Goed gereedschap is dan noodzaak.”

Baerends valt hem bij. „Als je computertijd gaat huren in andere landen, ben je altijd de vragende partij; de ander stelt de prijs vast. We willen niet afhankelijk zijn van derden, die hun eigen afwegingen maken, zoals een Duits rekencentrum dat besloot om de koeling minder hoog te zetten. Als je met andere partijen wil samenwerken zou je duidelijke langjarige afspraken moeten maken.”

Ook al mag Nederland zich nu op de borst kloppen omdat het de snelste computer van Europa heeft, toch staan we in de schaduw van de Amerikaanse supercomputers. De Teras is ook zo genoemd omdat deze computer voor het eerst de grens van 1 teraflop overschrijdt: het apparaat voert 1000 miljard (”tera”) berekeningen per seconde uit. Dat is een hele prestatie, maar een paar maanden geleden leverde IBM in de VS een machine af met acht keer zoveel processors als Teras en een rekenkracht van 12 teraflop. Daarmee vergeleken blijft Nederland toch een beetje achteraanhobbelen. Maar daar leek niemand op het Amsterdamse feestje erg in te hebben.

Vergelijking van computers

Eerdere berichtgeving:

De Universiteit van Amsterdam koppelde 126 computers aaneen tot supercomputer (7 november 2000):
www.refdag.nl

IBM heeft een supercomputer, de ASCI White, die 12,3 teraflop per seconde aankan (4 juli 2000):
www.refdag.nl

Aankondiging van de plannen om de Teras aan te schaffen (10 februari 2000):
www.refdag.nl

In 1998 schaften universiteiten een 128-processor supercomputer aan (9 december 1998):
www.refdag.nl

Relevante websites:

Overzicht van de grootste supercomputers:
www.top500.org

De Teras is geplaatst bij het rekencentrum SARA in Amsterdam:
www.sara.nl

Leverancier van de Teras is SGI:
www.sgi.nl

De ASCI White is geplaatst bij het Lawrence Livermore National Laboratory in Livermore, Californië:
www.llnl.gov