Dünya her an kıyameti getirebilecek binlerce nükleer silahla dolu. Komşumuz İran bütün baskılara rağmen kendi nükleer silahlarını geliştirebilmek için çalışıyor. Kuzey Kore denemelere devam ediyor. Hiç kullanılmaması umut edilen silahları herkes birbirine karşı biriktiriyor. Gündelik hayatına devam eden insanlar, İsrafil'in her an "Sur"u üfleyebileceğinden, bir düğmeye basılmasıyla yer yüzünde hayatın biteceğinden habersiz yaşıyorlar. Bilenler de unutuyor, çünkü her an böyle bir kıyım tehdidi altında yaşadığının bilincinde yaşamak çok zor.
Ülkelerin kendi üzerlerinde nükleer silah kullanılmamasını garantiye almasının tek bir yolu var: kendi nükleer silahlarına sahip olmak. Karşılık verebilecek olmak ve nükleer silahları kullanmayı karşı taraf için intihar haline getirmek. Hiç kullanmamak istediği silahları üretmek zorunda ülkeler. Peki ya sonra? Siloları dolduran, bir kez bile ateşlenmemiş o silahların çalıştığından nasıl emin olacaklar? Zaten bir kez ateşlenen bir silah atom bombası, sonrası yok. Yapıp bir kenara koymakla iş bitmiyor. Devamlı kontrol edip emin olmak zorundasınız. Parçaları eskiyor, bombalar yaşlanıyor. Dünyada sayısız siloda, sayısız nükleer silah bekliyor.
Soğuk Savaşın birikimi
Amerika'yla Sovyetler Birliği arasında yaşanan Soğuk Savaş yıllarında biriken silahlar onlarca yaşında. İkinci Dünya Savaşı bittiğinden beri, 1950'lerden beri birikiyor bu silahlar ve bir yerlerde sizinle veya babanızla yaşıt silahlar var. Eskiyen bir parçadaki hata yüzünden patlayan bir bomba, zincirleme reaksiyona giren bir silo dolusu atom bombası ve bunun sonucunda son.
Yeryüzü patlamanın etkisiyle değil ama radyasyon ile yaşanamaz bir yer haline gelebilir. Çernobil'in etkisi hala geçmiş değil, Karadeniz'de insanlarımız kanserden ölüyor. Radyoaktif serpinti rüzgarlarla bütün gezegene yayılır. Hayvanlar hastalanır, toprak ürün vermez olur, insanlar yaşasa bile açlıktan ölür, içecek temiz su bulamaz olur.
Peki önlem alınmıyor mu? Nükleer silahların elbette bakımı yapılıyor, bu riske karşı önlem alınıyor. Ancak farklı sorunlar devam ediyor. Her parça değiştirilemeyeceği gibi, sağlam ancak eski parçalar ve modeller yıllandıkça farklı davranışlar gösteriyorlar. İçindeki radyoaktif materyal değişime uğruyor. Patlayacak mı? Patlarsa nasıl bir etkisi olacak? Önceden belirttiğimiz gibi, kimsenin haydi deneyelim deme şansı yok. Sonuçlar çok ağır, ayrıca eldeki araçlar da patlamayla beraber yok olmadan önce sınırlı veri iletebiliyor. Gözlemle elde edilebilen veriler sınırlı, yoksa bugüne kadar düşük güçlü bombalarla sayısız deneme yapıldı. Ancak daha fazla yapılması pek istenmiyor. Gezegen zaten çöplüğe dönmüş durumda, üzerine daha fazla radyasyon eklemenin alemi yok.
Simülasyonlar
Oldukça karışık bir silah olan atom bombasının, zamanın etkisiyle nasıl değiştiğini anlamak için simülasyonlar yapmak en mantıklısı. Ancak etken sayısı o kadar fazla ki bu işi ancak en güçlü süper bilgisayarlar yapabiliyor.
Örneğin Kaliforniya'daki Lawrence Livermore Ulusal Labaratuarı'nda bir simülasyon çalışıyor. Simülasyonda atom bombası patlıyor. 500 petaflopluk işlemci gücüyle hiç kimsenin göremediği nükleer patlamanın gözünü, neler olup bittiğini görüyorlar. Gördüklerini anlatamazlar ve daha fazla bilgiye ihtiyaçları var. Daha güçlü bir süper bilgisayar gerekiyor.
Süper bilgisayarlar içinde şu an dünyanın en güçlüsü olan RoadRunner saniyede 1.000 trilyon işlem yapıyor. IBM bazlı Roadrunner Amerika'nın New Mexico, Los Alamos Milli Labaratuarı'nda bulunuyor. Bu hıza ancak 2008'de ulaşmış. 133 milyon dolar değerindeki Roadrunner, ABD Enerji Bakanlığı için yapılmış. Şimdi de nükleer araştırmalar için kullanılacak. Bahsettiğimiz nükleer silahlardaki malzemelerin yaşlanmasını, güvenliğini ve olasılıkları simülasyonlar ile araştırmacıların görmesini sağlayacak.
130.464 çekirdekli bir dev ne işe yarayacak?
Roadrunner bugüne kadar aşılamayan bir sınırı aşarak petaflop gücüne ulaşan ilk süper bilgisayar oldu. Tarihe adını yazdıran, 130.464 çekirdekli süper bilgisayar Roadrunner bile henüz en karmaşık küresel atmosferik olay simülasyonu için yetersiz kalıyor. Bunlar için exaflop seviyesinde işlemci gücü gerekiyor. Bir exaflop, 1.000 petaflop ve dünyanın en güçlüsü Roadrunner bile bir petaflop gücünde. İşin güçlüğünü siz kavrayın.
Nükleer testler için hazırlanıyor ancak hesaplanması gereken daha çok şey var; mesela beyin modellemesi. Şimdilik görsel kortex ve hücre modellemesi deneyleri bu bilgisayar ile yürütülüyor; gerçek zamanlı olarak. Gelecek altı ayda ise nükleer simülasyonlar yapacak ve depolardaki nükleer silahların hala güvenli olup olmadığını hesaplayacak.
Bilgisayarın yapısına devam edersek şu 130.464 çekirdeği açıklayalım. 6480 adet AMD Opteron çift çekirdekli işlemci ve 12969 IBM PowerXCell 8i işlemci var. Hibrit bir sistem anlayacağınız. Normalde süper bilgisayarlarda birden fazla tür işlemci kullanımı tercih edilmez. Zaten her süper bilgisayarın özel programlanmaya ihtiyacı vardır ama iki tür işlemci bunu zorlaştırır. Yine de görüyoruz ki gayet başarılı olmuş. Cell işlemcisinin en son türü olan bu işlemcide 8 özel amaçlı bir genel amaçlı çekirdek var. Opteron işlemciler 1.8 GHz, Cell işlemciler ise 3.2 Ghz hızında çalışıyor.
Toplam 560 metrekare kaplıyor, 2.35 Megawatt elektrik tüketiyor. Nükleer silahlarla olan işini bitirince türlü bilim dalının, finansal hesapların, otomotiv ve havacılık endüstrisinin işlerini yüklenecek ve işe yaramaya uzun süre devam edecek.
Neden bu kadar güç gerekiyor?
Exaflop hızına ulaşmayı gerektiren başlıca etken sadece uzun süren hesaplamaları hızlı yapmak değil. Simülasyonların tutarlılığından emin olmak için çözünürlüğü arttırmak gerekiyor. Bu çözünürlük bildiğiniz anlamda bilgisayar ekranındaki çözünürlük değil. Hesaplamalar yapılırken, parçacık etkileşimleri incelenirken ne kadar detaya inileceğini belirleyen bir çözünürlük terimi söz konusu. Bu hesap noktalarını yaklaştırmak sonuçların gerçekçiliğini arttırırken, hız inanılmaz şekilde düşüyor. Bugünkü modeller, çözünürlükle hızı dengelemeye çalışıyor.
Takdir edersiniz ki araştırmacıların sonuçlara hızla ulaşması gerekiyor. Silolarda bekleyen nükleer silahlar ve durumun belirsizliği bunu şart koşuyor. Ancak öte yandan araştırmacılar doğal olarakyanlış sonuçlar almak da istemiyorlar. Rüzgar türbülansı, materyal gücü ve stres altında maddelerin nasıl davranacağı konularındaki araştırmalarda daha fazla detaya ihtiyaç var. Çünkü yazının başlarında da belirttiğimiz gibi yaşlanan nükleer silahların orijinal test koşullarından ne kadar farklı davranacağı belli değil. Parçalardaki bozulmaların performansa etkisinin ölçülmesi gerekiyor. Bunun için de çok yüksek çözünürlüklü fizik simülasyonları gerekiyor.
Daha önce nasıldı?
Nükleer silahlar uzun zamandır var. Peki bundan önce bu iş nasıl yapılıyordu? Cevap biraz ürkütücü aslında, 1995'ten önce masaya yaydıkları düz bir harita üzerine yorum yapıyorlardı. Silahlar 30 yaşını geçince ise bu yöntemler işe yaramamaya başladı. Bilim adamları günümüzdeki durumu ise 3D bir tüp olarak tasvir ediyor. Petaflop hızındaki bir süper bilgisayar bu tüpün tamamını 3D olarak görebiliyor. Ancak bir ucuyla diğer ucunu kıyaslayacak güçten yoksun. Exaflop seviyesine ulaşıldığında tam hakimiyet sağlanacak. Farklı parçalar arasındaki etkileşimler hesaplanacak.
Bilim adamları farklı dallarda çok ölçekli simülasyonlar yapma olanağı görüyor. Biyolojide hücre bölünmesi saniyenin onda birinde gerçekleşiyor. Aynı olayı moleküler seviyede modellemek de mümkün. DNA'nın bölünmesini de modellemek gerekiyor. Farklı hızlarda gerçekleşen farklı ölçekteki biyolojik olayları çözmek için, karmaşık moleküler reaksiyonları görmek için de güçlü süper bilgisayarlar gerekiyor.
Exaflop'a ulaşmaktaki güçlükler
Exaflop'a ulaşmak gerekiyor ancak sorun sadece daha fazla işlemci takarak çözülmüyor. İşin bir de bellek kısmı var. Eldeki büyük miktarda veriyi bu işlemcilere beslemek gerekiyor. Bu sağlanamazsa işlemciler boş oturuyor. Mekanik kafa veriyi bulana kadar bir exaflop gücünde işlemci, 200.000.000.000.000 işlem yapabilecek kadar vakti boş geçirmiş oluyor. Günümüzün petaflop hızındaki sistemleri bile yüzde 5 ila yüzde 30 arasında vakti veri erişimini beklemekle geçiriyor. 100 milyon dolarlık bir sistemde 30 milyon dolar israf hiç de küçük bir miktar değil.
Günümüzde kullanılan manyetik sabit diskler, geleceğin exaflop hızındaki süper bilgisayarları için yetersiz. Yeni bir teknoloji icat edilmesi gerekiyor. İşlemci ve bellek teknolojisi geçtiğimiz senelerde gelişirken, sabit disklerde kapasite büyüdü ancak mesela genel kullanıcıya yakın bir örnek verirsek masaüstü modellerde ortalama hız 7200 RPM'de kaldı. Daha üstün modeller oldukça pahalı ve onlar bile süper bilgisayarlar için oldukça yetersiz. Çeşitli RAID yöntemleri kullanılarak sağlanan hızlar bile gelecek için yetmiyor. Ayrıca veri kaybı sorunları yaşanıyor, daha çok veri daha hızlı yazıldıkça hata oranı artıyor. Oysa süper bilgisayarların hesapları pek hata kaldırır cinsten değil.
Uç uca eklersen maliyet 130 milyar dolar
İşin bellek yönüne gelince, şimdilik gecikmeleri cache belleklerle çözen donanımcılar bu yolun da sonuna gelmiş durumda. DRAM yoğunluğu artarken hız uygun artmadığı için şimdilerde paralel kullanım stratejilerine yönelmiş durumdalar. Bu gecikme, yani latency'nin aşılması için 128 bit sisteme geçilmesi de gerekiyor. Biz masaüstünde 64 bit'e yeni alışırken, süper bilgisayarların ihtiyaçları çok daha hızlı ilerliyor.
Bu kadar büyük sistemlerde veriyi parçalar arasında aktarmak, sistemi bütün olarak çalıştırmak inanılmaz bir sorun oluşturuyor. Henüz ihtiyaç duyulan hızda veri iletimi sağlanamadı. HP labaratuarlarında bu soruna bir çözüm üzerinde çalışıyorlar. Henüz yeni olan araştırmalar, fiber optik yardımıyla ışık hızında veri iletimi üzerinde sürüyor. Bilgisayarın, hatta işlemcinin içindeki veri iletimi bile bu şekilde olacak.
Bu veri iletişim hızına ihtiyaç duyulmasının sebebini biraz daha iyi açıklayalım. Paralel hesap yapılırken her işlemciye veri dağıtılır . Bu tekniğin sorunu ise cevabı birbirine bağlı problemler zincirinden kaynaklanır. Nükleer bir bombadaki bir parçanın paslanmasıyla havadaki değişim, yağmur, toz ve benzeri etkenler aynı anda ve birbirleri üzerindeki etkileri hesaba katılarak hesaplanmak zorundadır. Farklı işlemcilerdeki işlem sonuçları, gereken yere gidip hesaba katılmak zorundadır. Burada da önemli olan işlemci gücü değil, veri aktarım hızıdır. İyi bir mimari bu sorunu azaltır.
Sonuç itibariyle ağ hızı, depolama ve bellek problemleri söz konusu. Paylaşılan bu ortak kaynaklar gelişmeden exaflop hızına erişmek mümkün değil. Bin tane RoadRunner'ı birbirine bağlamakla iş çözülmüyor kısacası. Hem bu hiçbir işe yaramıyor, hem debin tane RoadRunner'ın maliyeti düz hesapla 130 milyar dolar olurdu.
Süper bilgisayarların geleceği
Peki gelecekte ne olacak? Süper bilgisayarların gelişimi sürecek, mevcut sorunların aşılması için yeni teknolojiler geliştirilecek. Yeni teknolojiler ortaya çıkmazsa sistemi kuran mühendisler her zaman yaptıkları cinlikleri yaparak işi küçük hilelerle kotaracaklar. Tabii ki gittiği yere kadar, mesela bellek sorununda cache kullanımının pratik sonunun geldiğini daha az evvel anlattık.
Ancak hepsinden büyük sorun istikrar olabilir. Sayısız çekirdekte yapılan trilyonlarca işlemin sonucunun hatalarının süzülerek kullanılabilir veri haline getirilmesi gerekiyor. Donanım arızalarından kaynaklanacak sıkıntılar ise inanılmaz boyutlarda olabilir. Bazı uzmanlar exaflop hızındaki bir süper bilgisayarda vakum tüplerinin çağına dönmenin ihtimal dahilinde olduğunu belirtti. Bir vakum tüpü bozulunca bütün sistem kapatılıp, bozulan parça değiştirilirdi. Çok karmaşık bir sistemin hata verme oranı ve verilen hataların sonuçları elbette daha dramatik olacaktır. Ancak biz bu vakum tüpi çağındaki gibi birkaç dakika çalıştırılıp sonra hata verince bakıma alınan bir süper bilgisayar olacağını sanmıyoruz. Bütün tasarım değişecektir.
Daha basit, daha güçlü, daha sorunsuz
Yeni süper bilgisayarlar daha az parçadan oluşan daha basit sistemler olmak zorunda. IBM gibi devler de bunun farkında. IBM'in Dawn süper bilgisayarında bu basit tasarım görünüyor. Her bilgisayar bir sıraya, sıralar çoklu raflara takılıyor. Bu basitliğin bir diğer örneği de yine IBM'in Blue Gene/L süper bilgisayarı. En hızlı 500 süper bilgisayar listesinde, bu Blue Gene mimarisini kullanan tam 27 bilgisayar var. Bunlardan L ve P modelleri 4. ve 5. sırada yer alıyor. Dahili DRAM, voltaj düzenleyici modüller ve gigabit ethernete sahip olmasına karşın çok sade bir tasarımı var. Gelecekte daha da basit tasarımlar olacak.
Mesela IBM'in Sequoia projesinde, süper bilgisayarın temel parçası olan, bir dizüstünün yarı boyutunda bir PC sergileniyor. Görünen kablo yok! RoadRunner'ın varisi olacak bilgisayar, 20 petaflop, yani saniyede 20.000 trilyon işlem yapacak. Bu Sequoia teknolojisini kullanan sistem 2011'de hazır olacak. 1.6 milyon mikroişlemciye sahip olacak sistem gelene kadar RoadRunner birinciliği elde tutmaya devam edecek. Ve elbette Amerika'nın yaşlanan nükleer silahlarının durumunu ortaya koyarak bütün gezegen halkının, elim ve vahim bir kaza sonucu Hak'kın rahmetine kavuşmasına mani olacak.