HPC Portré - dr.Szeberényi Imre

„…a nagy kapacitás olyan metódusokat inspirálhat, melyekről korábban álmodni sem mertünk.” – Interjú dr. Szeberényi Imrével, a Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem docensével

Mikor és hogyan ismerte meg a szuperszámítástechnikát?

Villamosmérnökként végeztem 1983-ban a BME-n, ahol kutatóként kezdtem dolgozni. Friss diplomásként szinte azonnal bekapcsolódhattam több kutatási és oktatásfejlesztési projektbe, melyekben leginkább az akkor újnak számító UNIX rendszerrel kapcsolatos ismereteimet hasznosíthattam. A felsőoktatás fejlesztésére indított FEFA projekt (Felzárkózás az Európai Felsőoktatáshoz Alap) keretein belül 1992-ben megkezdődött egy egyetemközi hálózatra alapozott szuperszámítógép-rendszer felállítása. A projekt támogatásával létrejött utazás, majd tanfolyam keretében találkozhattam először igazi szuperszámítógéppel 1993-ban a Cornell egyetemen, ami a top500-as lista 80. helyén állt akkor. De hat évvel később volt szerencsém szintén a Cornell egyetemen testközelből látni és használni azt az 512 magos SP2-es gépet, ami 1995-ben a lista 6. helyén állt. Érdekességként megemlítem, hogy 2010-ben Tokióban sikerült megnéznem az akkori 4. helyezettet is.

Hogyan vált a szuperszámítástechnika szakértőjévé?

Az említett FEFA projekt nagy lökést adott, mivel a résztvevő egyetemek (ELTE, BKE, BME, JATE) szakembereivel dolgozhattam és tanulhattam együtt. Ugyan a projekt keretében beszerzett IBM SP1 csak 1994 év vége felé került beüzemelésre, a Cornell egyetemen megismert PVM (Parallel Virtual Machine) rendszert lehetőségeimhez képest már korábban elkezdtem használni és népszerűsíteni a BME-n. Ekkortájt, ’93 környékén egyre több UNIX munkaállomás jelent meg az egyetem tanszékein. Szinte minden tanszéken volt egy-kettő, amit többnyire csak napközben használtak. A UNIX rendszerismeretem miatt gyakran segítettem ezen gépek üzemeltetési feladataiban, így szinte nem volt az egyetemen olyan UNIX-os gép, aminek a „gazdáját” ne ismertem volna. Ezért magától adódott, hogy ezeken kipróbáljam a PVM rendszert, ami elosztott heterogén környezetben is remekül használható, nem véletlenül hívják ma is a PVM klasztereket a „szegények szuperszámítógépének”. 1993 őszére már 10-12 fizikai gépből álló „rendszerem” volt, melyben VAX-11/750-es szupermini, valamint HP és SUN grafikus munkaállomások is voltak. Nagyon izgalmas időszak volt. Elkezdtem keresni azokat a feladatokat, melyeket majd a megérkező SP1-es géppel megoldunk.

1995-ben lehetőségem nyílt eltölteni egy hónapot a Westminster Egyetemen. Ott a párhuzamosítás módszereit és az ahhoz kapcsolódó fontosabb algoritmusokat ismertem meg, részben az ottani kollégáktól, részben pedig az egyetemi könyvtárba „beszabadulva”.

Mi volt az első szuperszámítógépes munkája, projektje?

1994 körül az említett FEFA projekt eredményeit ismertető levelem kapcsán keresett meg Domokos Gábor – aki később a Gömböc atyjaként lett ismert –, hogy egy kutatási feladatában kevésnek bizonyult a laptopjának teljesítménye. Nézzük meg, mit lehetne tenni. Természetesen először meg kellett értenem a problémát. Sok-sok konzultáció után elkészült az első megoldást szállító PVM program, amit később több alkalommal is felhasználtunk az újabb feladatokhoz és cikkekhez. A kapcsolat annyira jól alakult, hogy később Gábor lett a PhD témavezetőm.

Hogyan kapcsolódott be a magyar szuperszámítógép-felhasználók körébe?

Domokos Gáborral több kutatási feladatban dolgoztam együtt, így magam is felhasználó lettem. Az ELTE-re telepített SP1 kiöregedett, a 8 processzoros rendszer bővítésére nem volt forrás, de szerencsére 2001-ben megérkezett az akadémiai szféra első igazi szupergépe, melyen én is futtattam feladatokat. A 2000-es évek elején a számítási erőforrások összegyűjtésére hazánkban is elindultak Grid fejlesztések, amit az EU által támogatott CERN-es projektek is erősítettek. Több ilyen projektben is részt vettem, melyekben igyekeztem a szupergépes tapasztalataimat felhasználni.

2010-ben a TIOP és KMOP projekteknek köszönhetően a KIFÜ jogelődje, a NIIFI(Nemzeti Információs Infrastruktúra Fejlesztési Intézet) jelentős forrást tudott fordítani szupergépek beszerzésére. Ha jól emlékszem több mint 1 milliárd forint állt rendelkezésre. Dr. Máray Tamás volt hallgatóm, majd kollégám, akkor az NIIFI igazgatóhelyetteseként kért fel, hogy műszaki szakértőként vegyek részt a projektben. Ezen feladat ellátásában sok tapasztalatot szereztem, amit jól tudtam hasznosítani 2012-ben a BME szupergépe, a Superman specifikációjánál és beszerzésénél. Ez a gép – 360 magos klaszterként – ma is üzemel a BME-n. A szoftverkörnyezetét egy nagyon lelkes hallgatói csapattal alakítottuk ki.

Van közösségteremtő ereje a szuperszámítógépnek?

Természetesen! A BME-n van egy felhasználói közösség, hiszen szinte minden kar használta az egyetemi szuperszámítógépet különböző kutatási feladatokra. Az úgynevezett kari felelősök külön levelezőlistán tartják a kapcsolatot, illetve 2012 és 2019 között rendszeres megbeszéléseket is tartottunk. Személyesen utoljára 2019-ben találkoztunk, ennek az egyik oka az, hogy a gép is menthetetlenül kiöregedett, már a többször kiterjesztett garanciát sem lehet a jövő évtől meghosszabbítani, a másik pedig a pandémia. A KIFÜ új szuperszámítógépével kapcsolatos információk átadására ezt a közösséget szeretném feléleszteni, összerázni, mert a tapasztalatcsere kivételesen inspiráló tud lenni.

Jelenleg van szuperszámítógépes projektje?

Olyan K+F projektem, melyhez forrást is allokálhatok, jelenleg nincs. Fő kutatási feladatom a tanszéken az elosztott és párhuzamos rendszerek, melybe a szupergépek is beletartoznak. Szuperszámítógépekhez kapcsolódóan egy MSc-s szakirány felelőse és oktatója vagyok. A kapcsolódó technológiákat, szoftver- és hardvereszközöket igyekszem hallgatóimnak naprakészen bemutatni.

Mi az oka a szuperszámítógépek elképesztően gyors fejlődésének?

A szuperszámítógép egy eszköz, amivel egyre nagyobb és bonyolultabb számításokat, szimulációkat tudunk elvégezni. A teljesítményigény folyamatos növelésének két oka van, egyrészt egyre nagyobb és bonyolultabb feladatokkal szeretnének megbirkózni a kutatók, másfelől részletgazdagabb megoldásra van szükségük. A teljesítménynövekedés azonban egy ördögi kör, mivel a nagyobb teljesítmények újabb lehetőségeket nyitnak, melyek újabb igényeket gerjeszthetnek. Jó példa erre, hogy amikor Domokos Gáborral próbálgattuk az algoritmusunkat a BME környezetében, boldogok voltunk, ha 3-4 szabadságfokkal rendelkező rendszereket ki tudtunk számolni pár nap alatt. Amikor ugyanezt az algoritmust futtattuk a Cornell egyetemen, ahol egy 512 processzoros IBM SP2 állt rendelkezésünkre, a 9-11 független változót tartalmazó rendszerek pár órás futási ideje is türelmetlenséggel töltött el bennünket.

Hogyan hasznosíthatóak az Ön eredményei?

Leginkább a peremérték feladatok megoldásához kapcsolódó kutatásokat említeném. Számos mérnöki probléma leírható közönséges differenciálegyenletekkel, melyek hagyományos megoldása az ún. útkövetéses megoldás, ami egyszerű, de nem feltétlenül ad meg minden megoldást, szemben az általunk kifejlesztett párhuzamos letapogató módszerrel. Ennek viszont nagy számítási igénye van, ezért a feladat megoldása szupergép nélkül reménytelen. A módszert többek között alkalmaztuk rugalmas szálak gyártási folyamatának kialakításához a Princeton Egyetemen végzett kutatáshoz kapcsolódóan. Érdekessége volt a kutatásunknak, hogy elméleti eredményeinket kísérletekkel is sikerült igazolnia az egyetem kutatóinak. Másik izgalmas feladat volt a Cornell egyetemmel végzett kutatás, amikor folyadékhidak egyensúlyi állapotát, illetve DNS-molekulák mechanikai modelljével végzett számításokat végeztünk.

Mi a szuperszámítógép legnagyobb előnye?

Közvetlenül az, hogy pontosabb vagy nagyobb modelleket tudunk számolni. Közvetetten pedig a nagy kapacitás olyan metódusokat inspirálhat, melyekről korábban álmodni sem mertünk. Minden új eszköz új módszereket, új lehetőségeket teremt és ez különösen igaz a szuperszámítógépre.

Mennyire érzékeli a szuperszámítógépek fejlődését?

Nagyon. Csak a top500-as listára kell nézni. A fejlődés szinte töretlen. A maximális teljesítmény 13 havonta majdnem megduplázódik. Amikor 2012-ben megérkezett a Superman az egyetemre, azon csodálkozott mindenki, hogy pár évvel korábban még a TOP500 lista aljára is elég lett volna az új gép teljesítménye. Büszkék is voltunk rá, de mára már teljesen elavult. A technológiai fejlődés egy másik példája a ’60-as évekből egy germánium tranzisztor, ami szabad szemmel jól látható volt. Ma már 5 nanométeres gyártási technikánál tartunk, ami egy emberi hajszál átmérőjének 20 ezred része.

Nem nehéz követni ezt a tempót?

Inkább azt mondom, hogy izgalmas és munkás. Minden félév elteltével frissíteni kell a tananyagot, a naprakészség biztosítása rengeteg feladatot ad.

Mennyire tartja kihívásnak a szuperszámítógép használatát?

Azoknak, akik hozzászoktak a parancssoros felületekhez, nem kihívás. Azoknak viszont, akik ebben járatlanok, mert grafikus környezetben „nőttek fel”, már nagyobb feladat. Ezért nagyon fontos, hogy milyen támogatóeszközöket és szolgáltatásokat tudunk a szuperszámítógéphez biztosítani. Több fajta szuperszámítógép van, ezért kell egyfajta rendszerezés. Kell egy elméleti alap, majd az eszközök, módszerek, algoritmusok megismerése és a leggyakoribb programozási nyelveket is be kell mutatni.

Milyen tudományterületek képviselői keresik meg a leggyakrabban tanácsért?

Fizikusok, vegyészmérnökök a legaktívabb felhasználók, de a felhasználási területek száma gyorsabban nő, mint a kapacitások. Egyre többen fedezik fel maguknak a szuperszámítógépben rejlő lehetőségeket és ki is használják.

A KIFÜ szakértőjeként milyen tapasztalatokat szerzett?

A KIFÜ szakértőjeként 2022-ig dolgoztam. Ezalatt az idő alatt lehetőséget kaptam hazánkban elérhető legkorszerűbb eszközök megismerésére és azok megismertetésére másokkal.

Hogyan lehet hatékonyan használni a szuperszámítógépet?

A legfontosabb és legnehezebb az, hogy meg kell találni a problémát, amihez szükség van a szuperszámítógépre, és meg kell ismertetni a probléma szakértőit a szupergép lehetőségeivel. Lehet az egy komplex formatervezési feladat vagy egy sokváltozós probléma, mint például az időjárás-előrejelzés, melynek megoldása nagy számítási igényű és azt rövid idő alatt kell elvégezni. Ennél a példánál maradva, ha csak másodpercekre tudunk előre jelezni és az is órákig tart, nincs semmi értelme. Lewis Fry Richardson brit matematikus javasolta elsőként a numerikus időjárás-előrejelzést 1922-ben, és kidolgozta azt a módszert, amivel gyorsabban lehetett volna számolni, mint ahogy az időjárás változik. Alig 64 000 főre lett volna szüksége és egy akkora épületre, ahol mindannyian elférnek, közel egymáshoz, hogy a belső kommunikációt biztosító futárok időben érkezzenek a részeredményekkel a főmeteorológushoz. Becslése szerint 12 óra alatt lehetett volna kiszámolni egy egynapos előrejelzés adatait. Természetesen Richardson álma nem volt megvalósítható, de ha lett volna szupergépe, biztosan felhasználta volna.

Ön szerint mi a HPC Kompetencia Központ legfontosabb feladata?

Megtalálni a szuperszámítógépre illeszthető feladatokat, „bevonzani” a felhasználókat. A disszemináció elengedhetetlen és kulcsfontosságú, hirdetni, mondani kell, de nem pusztán a szuperszámítástechnikát, hanem azt a komplex szolgáltatáshalmazt kell fókuszba helyezni, amit a KIFÜ az új géppel kibővülve nyújt. Elképzelhető ugyanis olyan feladat, amihez nem feltétlenül kell szupergép, hanem más (pl. felhő) szolgáltatással is megoldható. Akadémiai oldalról nagyon fontos, hogy ezek a szolgáltatások a kutatók számára könnyen és költségmentesen hozzáférhetőek legyenek. Egyúttal az adminisztrációt is le kell egyszerűsíteni, a hozzáférést megkönnyíteni.

Milyen tudományterületeken tartaná fontosnak a szuperszámítógépes alapismeretek integrálását a tananyagba?

A használatot mindenütt, a programozást pedig az informatika területén. Egészen pontosan a párhuzamos programozást, belecsempészve a szuperszámítógép használatát is. Vannak kezdeményezések, de sokat kell még dolgozni ezen.

Mit gondol a szuperszámítógépek jövőjéről?

Azt viszonylag könnyű előre látni, hogy kik milyen paraméterekkel és milyen architektúrával fognak szuperszámítógépet gyártani, egy-két szereplősre szűkül a piac. A kvantum-számítástechnika még csak „játék”, de egyre komolyabb, körülbelül még húsz év, mire használati értéke is lesz. Felhasználói oldalról nem tudom definiálni a határainkat, hiszen a mobilunk révén szinte mindenki zsebében van egy nagyon komoly számítási kapacitás. Húsz éve még egy szuperszámítógéptől is imponáló lett volna az a teljesítmény, amit most egy okostelefon tud. Az biztos, hogy az újabb és újabb technológiák újabb és újabb módszereket indukálnak, amik korábban eszünkbe sem jutottak a kisebb kapacitások miatt. A hétköznapi embernek a szuperszámítástechnika nagyon bonyolult és elérhetetlen, de ha hozzáfér, akkor sincs rá szüksége. Viszont egy kutatónak vagy mérnöknek nagyon fontos, mert például egy építészeti tervezőprogram mögött is komoly számítási teljesítmény van. De senkinek sem jutott volna eszébe ilyen programot írni, ha nem lett volna mivel.