PlayStation 3 – персональный суперкомпьютер для распределенных вычислений

Pande Group, организаторы Folding @Home из Стэнфордского университета, заинтересовались PlayStation 3 еще на стадии ее разработки, а уже в августе 2006 г. компания Sony анонсировала программу для распределенных вычислений молекулярной динамики белков на своей новой приставке. Такое внимание к этому детищу индустрии игр со стороны ученых, постоянно испытывающих нехватку вычислительных ресурсов, не случайно – достаточно лишь бегло познакомиться с техническими характеристиками PlayStation 3 (PS3).
Пока гранды процессоростроения – Intel и AMD – лишь готовятся выпустить на рынок свои восьмиядерники, PS3 уже может похвастаться процессором Cell Broadband Engine. Многоголовый Cell состоит из центрального процессора (CPU) и семи синергетических процессоров (SPU). Каждый SPU работает на частоте 3,2 ГГц, распараллеливая вычислительные процессы. Благодаря получаемому синергетическому эффекту Cell может развивать при выполнении мультимедийных задач производительность в 200 гигафлоп (1 гигафлоп соответствует 1 млрд. операций в секунду). На этом основании PS3 вполне заслуженно окрестили домашним суперкомпьютером.

15 марта 2007 г. финальный релиз программы для распределенных вычислений на PS3 был продемонстрирован на пресс-конференции в кампусе Стэнфордского университета. Расчетная программа реализована в виде встроенного в приставку программного обеспечения начиная с версии 1.6. Таким образом, у обладателей PS3 нет никаких проблем с установкой и настройкой расчетной программы, какие, случается, возникают у пользователей обычных ПК.



Результат не заставил себя долго ждать. То ли из осознания важности научных целей изучения фолдинга белков, то ли из любопытства под влиянием хорошей рекламы, а также, несомненно, благодаря очень простому старту – нажал иконку в меню управления и готово, – но вскоре производительность проекта Folding@Home выросла вдвое. Вооруженные приставками участники проекта, десятикратно проигрывая в числе остальной братии, оснащенной менее быстрым «железом», скоро достигли отметки вычислительной производительности в 400 терафлоп (1 терафлоп равен тысяче гигафлоп). Для сравнения, наиболее быстрый на сегодня суперкомпьютер BlueGene/L выжимает в пике около 360 терафлоп.

BlueGene/L положили на лопатки всего лишь 30 тысяч обладателей PS3, активно считающих проект, тогда как приставок продано уже более миллиона штук. Такое положение дел заставило компанию Sony задуматься над системой поощрения участия в распределенных вычислениях владельцев PS3. Будем надеяться, что эта инициатива позволит проекту Folding@Home вскоре превзойти рекордную отметку в 1 петафлоп (тысяча терафлоп).

Расчетный клиент под PS3 показывает не только чудеса вычислительной производительности, но и задействует потрясающие графические способности приставки. RSX (графический чип PS3) в реальном масштабе времени отображает процесс сворачивания белка. Для этого графическая подсистема использует новейшие технологии, в частности, HDRI – High Dynamic Range Image, изображение с расширенным динамическим диапазоном. Поэтому довольными остаются все: ученые получают «корешки» – вожделенные терафлопы, а пользователи приставок – «вершки» в виде возможности с помощью интерактивного контроллера созерцать во всех ракурсах трехмерную молекулу белка, которая претерпевает причудливые метаморфозы при сворачивании в определенную пространственную конформацию.

Особенности процессорной архитектуры PS3 позволяют использовать их пока что только для неявных вычислений белков с общей производительностью 10-15 гигафлоп с приставки против ожидавшихся 25. Но это только начало – на очереди ряд алгоритмов, которые значительно обогатят набор вычислительных режимов, увеличат размер обсчитываемых белков, что повысит производительность PS3.

Привлечение к проекту игровых приставок – это не первое достижение Folding@Home в деле освоения нестандартных вычислительных ресурсов. Не менее громко осенью 2006 г. говорили и о выходе расчетной программы для новейших графических процессоров (GPU) от ATI, установленных в видеоадаптерах Radeon X19хх. Спустя полгода на проект уже вовсю трудятся и GPU менее мощных видеокарт – X18хх и X16хх.

Триада «PC–GPU–PS3» обеспечила проекту Folding@Home лидирующие позиции в мире распределенных вычислений. Но смогут ли рационально использовать такие колоссальные вычислительные ресурсы ученые из Стэнфорда? Появятся ли принципиально новые способы лечения болезней, вызываемых нарушениями синтеза белков в человеческом организме? Быть может, мы уже на себе испытаем благотворное действие искусственных протеинов с запрограммированными функциями? И только в одном нет сомнений – мы многое узнаем о загадочном процессе сворачивания белков, этом фундаментальном биологическом процессе, уже раскрывшем немало тайн за шестилетнюю историю проекта Folding@Home.

Максим Малаховский, Ukraine team
по материалам Стенфордского университета.

Опубликовано в журнале «Компьютера» № 685 от 15 мая 2007