Člověk versus stroj

Není pochyb o tom, že lidský mozek je zatím stále mnohem dokonalejší než počítač. Lze to ale nějak kvantifikovat? Jak určit výkon tohoto nepředstavitelně složitého orgánu lidského těla v jednotkách petaflopů, které se běžně používají pro určování výkonu superpočítačů? A lze určit paměťovou kapacitu mozku v bajtech? Dharmendra Modha, šéf výzkumného centra společnosti IBM, dospěl k tomu, že aby se nějaký počítač vyrovnal lidskému mozku, musel by mít výkon 38 biliard operací za vteřinu, tedy 38 petaflopů (předpona peta odpovídá 1015) a kapacitu 3581 terabajtů (tera = 1012) operační paměti. Nejrychlejší superpočítače nyní dosahují výkonu „jen“ kolem 16 petaflopů a jejich operační paměť se pohybuje v desítkách terabajtů.

Každý z nás tak uvnitř hlavy nosí neuvěřitelně výkonný superpočítač, který se vejde do mnohem menšího prostoru než přístroje zabírající celé místnosti, vyžadující chlazení, se spotřebou několika megawattů energie. Přesto se ale lze domnívat, že superpočítače co do výkonu lidský mozek během několika málo let předstihnou. Podle žebříčku nejvýkonnějších počítačů světa TOP 500 je od letošního června nejrychlejším počítačem současnosti stroj společnosti IBM s názvem Sequoia, jehož výkon činí 16,3 petaflopu. Superpočítače však směřují k výkonům o řád vyšším, k exaflopům (trilion, 1018 operací za vteřinu). Předpokládá se, že k přesnému modelování počasí bude potřeba výkon dokonce v oblasti zettaflopů (triliarda, 1021 operací za vteřinu). Půjde-li vše současným tempem, takové přístroje by měly být k dispozici někdy kolem roku 2030.

Jak omezit dopravní zácpy

Na rozdíl od gridů, tedy propojených sítí běžných osobních počítačů, lze u superpočítačů (velkých a výkonných strojů s mnoha procesory nacházejících se na jednom místě) snadno odhadnout čas potřebný pro dokončení projektu. Používají se všude tam, kde je nutné provést obrovské množství výpočtů – v automobilovém průmyslu třeba pro simulaci proudění vzduchu kolem vozu nebo pro simulaci nárazů (tzv. crash testy), pro předpovědi počasí nebo pro modelování krizových situací či povodní.

Lze je také použít pro simulaci lidského mozku. Ukázal to projekt Blue Brain, který před sedmi lety zahájili neurologové z polytechniky ve švýcarském Lausanne (EPFL). Pomocí superpočítače IBM Blue Gene simulují procesy v oblasti neokortexu (části mozkové kůry zodpovědné za vyšší funkce, například vědomí) o velikosti špendlíkové hlavičky. Procesory v počítači představují jednotlivé neurony a vědci odhalují pravidla toho, jak spolu neurony komunikují a jak jsou propojeny. K simulaci každého neuronu je třeba výpočetní ekvivalent laptopu. Experiment má osvětlit příčiny psychických poruch, jako je schizofrenie, deprese nebo autismus. Konečným (a velmi ambiciózním) cílem je pak simulace funkcí celého mozku. Vedoucí projektu Henry Markram v roce 2009 uvedl, že by se vytvoření virtuálního mozku „v počítači“ mělo zdařit během deseti let.

V České republice superpočítače poněkud zaostávají. K nejrychlejším patřil donedávna systém Amálka o výkonu 18,7 teraflopu v Ústavu fyziky atmosféry Akademie věd ČR. Stroj se podílel mimo jiné na studiu magnetických anomálií na Měsíci a pomáhal tak vytipovat vhodná místa pro založení základen s lidskou posádkou. Dnes se pravděpodobně nejvýkonnější superpočítače v České republice nacházejí v mladoboleslavské Škodovce, jejich teoretický výkon by měl přesahovat 50 teraflopů – firma však podrobnější informace nesděluje.

V roce 2015 bude dokončen projekt superpočítačového centra IT4Innovations v Ostravě. Součástí centra, na němž se podílí místní Vysoká škola báňská, bude superpočítač s výkonem nad jeden petaflop. Bude tak nejvýkonnější ve střední a východní Evropě. Nyní by se umístil na 14. místě žebříčku TOP 500 a v době spuštění se předpokládá umístění ve druhé polovině první stovky žebříčku. „Superpočítač bude zpracovávat úlohy v oblasti modelování krizových situací, jako jsou povodně, požáry či ekologické škody, bude navrhovat nové léky nebo materiály a modelovat vlastnosti úložišť jaderného odpadu,“ uvádí Klára Janoušková z centra IT4Innovations. Systém bude také na základě dat ze silničního provozu předpovídat dopravní zácpy a varovat před nimi řidiče.

Superpočítač pro každého

Vývoj v oboru se řítí velmi rychle kupředu. Na začátku devadesátých let minulého století kralovaly co do výkonu superpočítače značky Cray; v roce 1991 jeden z těchto strojů disponoval výkonem 10 gigaflopů (giga = 109) a stál kolem 40 milionů dolarů, zatímco o 14 let později už tohoto výkonu dosahoval osobní počítač, a to při ceně pouhých čtyř tisíc dolarů. Superpočítače jsou čím dál rozšířenější, snahou mnoha firem je dostat tato zařízení ze šera laboratoří ke kaž­dému vědci či technikovi.

Určitý problém však představuje skutečnost, že energetická náročnost špičkových superpočítačů stále stoupá. Zatímco před třemi lety mělo pět nejvýkonnějších strojů na světě celkovou spotřebu 14,8 MW, v současnosti to je už 27,3 MW (výkon jednoho bloku Temelína je 1000 MW). Stroje, které v mnoha případech zkoumají, zda na Zemi skutečně dochází ke globálnímu oteplování, tak možná ke změně klimatu samy přispívají.