Şu günlerde tüm dünyada herkesin en önemli gündem maddesi Covid-19. Virüs ile ilgili her gün yüzlerce haber, makale ve röportaj yayınlanıyor. Geçtiğimiz günlerde Covid-19’a karşı ilaç geliştirme çalışmalarıyla ilgili bir haber gözüme çarptı. Bu haberde kısaca, ilaç geliştirme çalışmalarında dünyanın en hızlı süper bilgisayarı kullanılarak elde edilen ilerlemeden bahsediliyordu. Ülkemizde de bilimsel araştırma ve endüstriyel çalışmalarda kullanılan iki süper bilgisayar sistemi bulunmakta ve bunlardan bir tanesini geçmiş yıllarda kullanma fırsatım oldu. Süper bilgisayar sistemlerin bilinirliğinin ülkemizde yeterince yaygın olmadığını düşünüyorum. Bu yüzden süper bilgisayar konusunu gemi ve deniz teknolojisi sektörü açısından değerlendirmek istedim.
Süper bilgisayarlar basitçe öbek bilgisayarlardan oluşan ve bünyesinde çok fazla sayıda işlemci barındıran yüksek başarımlı büyük hesaplama ihtiyacına cevap veren sistemlerdir. Ortaya çıkışları bilimde ihtiyaç duyulan yüksek hesaplama gücüne dayanır, daha sonra da yoğun şekilde endüstrinin süper bilgisayar kullanımları başlamıştır.
Süper bilgisayar derken ne kadar büyüklükte bir sistemden bahsediyoruz? Şu anda dünyanın en gelişmiş süper bilgisayarı TOP500 listesinin Kasım 2019 sıralamasına göre ABD’de Ridge ulusal laboratuvarında bulunan “Summit” isimli sistem. Summit sistemi bünyesinde 2,414,592 işlemci çekirdeği barındırıyor. Kıyaslama yapmak için normal kişisel bilgisayar işlemcilerinde 2 veya 4 çekirdek olduğunu hatırlatmakta fayda var.
ABD Ridge ulusal laboratuvarında bulunan bir diğer süper bilgisayar “Titan”
Summit isimli sistemin 1 numara olduğu bilgisini bize veren TOP500 listesidir. Bu liste 1993 yılından itibaren düzenli olarak belirli aralıklarla yayınlanan işlem gücüne göre dünyadaki ilk 500 süper bilgisayarın sıralandığı ortak ve kamuya açık bir çalışma. Aslında TOP500’ü sıralama çalışmasından daha kapsamlı olan bir topluluk gibi düşünebiliriz. Bu topluluk gemi inşaatçılarının yakından bildiği ITTC‘ye benzemekte.
Bahsettiğimiz kadar büyük işlem gücüne ihtiyacımız sadece bilimsel araştırmalardan ve endüstriyel çalışmalardan kaynaklanmıyor. Farkında olmasak da günlük hayatımızda sıklıkla süper bilgisayar kullanırız. Şöyle ki Google arama motoru aracılığıyla yaptığımız her sorguda milyarlarca veri içerisinden 1 saniyeden kısa sürede arama sonuçlarına ulaşmamızı süper bilgisayarlara borçluyuz. Google arama motorunu her kullandığımızda bir süper bilgisayara işlem yaptırıyoruz.
Günlük hayatımıza aslında bu kadar girmiş önemli bir teknolojik altyapıyı ülkemiz gemi ve deniz teknolojisi sektörü açısından değerlendirmek önemli.
Değerlendirme
Türkiye’nin süper bilgisayar serüveni, 2006 yılında Devlet Planlama Teşkilatı tarafından desteklenen Ulusal Yüksek Başarımlı Hesaplama Merkezi (UYBHM) projesi ile başlamaktadır. Bu günkü adıyla Ulusal Yüksek Başarımlı Hesaplama Uygulama ve Araştırma Merkezi (UHEM) İstanbul Teknik Üniversitesi Ayazağa Yerleşkesi içerisinde ülkemizin ilk süper bilgisayarını barındırmakta. İTÜ-UHEM ilk kurulduğu 2006 yılında 353. sıradan Top500’e girmeyi başarmışsa da daha sonraki yıllarda liste dışında kalmıştır. İTÜ-UHEM haricinde TÜBİTAK bünyesinde TRUBA adlı bir süper bilgisayar projesi bulunmaktadır. İki projenin de çekirdek sayıları, İTÜ-UHEM sistemini en son kullandığımda ortalama 10.000 -15.000 çekirdek mertebesindeydi. Zamanla sistem arızası olduğunda veya ek sunucular eklendiğinde sistem kapasitesi bir miktar değişmiş olabilir.
Türkiye’nin süper bilgisayar altyapısını dünya ile kıyaslayacak olursak Türkiye’nin mevcutta bilinen sadece iki süper bilgisayar sistemi var, bunlar İTÜ-UHEM ve TÜBİTAK-TRUBA. Her ikisi de TOP500 listesinde sıralamaya girememişlerdir. Bu iki sistem haricinde de TOP500 listesine Türkiye’den giren bir sistem bulunmuyor. Listenin ilk 10’unu incelediğimizde milyon çekirdek sayılarına ulaştıklarını görüyoruz. Aramızda çok yüksek bir fark var. Ayrıca bu listeyi tek bir sistem bazında değerlendirmekten ziyade ülke bazında değerlendirmek daha faydalı olacaktır. ABD, Çin, Almanya gibi ülkelerin TOP500 içerisinde onlarca süper bilgisayar sistemi var. Bu ülkelerin web ve diğer ilişkili teknolojik alanlarda başı çekmelerinin bir sebebi de bana göre sahip oldukları süper bilgisayar altyapıları ve bu altyapıları kullanabilen insan kaynakları.
Gemi ve deniz teknolojisi alanında da süper bilgisayar kullanımları mevcut. Bunlardan en yaygınları form tasarımı aşamasında gemi hidrodinamik hesapları için hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD) ve optimizasyon çalışmalarındaki kullanımlar. Bunların haricinde tersane veri analizi, deneysel veri analizi gibi birçok alanda çeşitli kullanımlar mevcut.
Sektörün yakından tanıdığı Hollanda MARIN Araştırma Enstitüsü, MARCLUS4 ve MARCLUS5 isimli iki küçük ölçekli süper bilgisayara sahipler. Sektörel bir kuruluş olan MARIN’in sahip olduğu hesaplama kapasitesinin ülkemizin ulusal yüksek başarımlı hesaplama kapasitesi ile yaklaşık aynı seviyede olması bu konuda geri kaldığımızın bir başka örneğidir.
MARIN’de yapılan HAD hesaplamalarından bir örnek
DNV-GL klas kuruluşunun Veracity isimli büyük veri platformu süper bilgisayar altyapısı üzerine çıkılmış güzel bir katman örneği. Veracity, Microsoft’un Azure platformu üzerinde çalışan bir sistem. Bizim gemi inşaat sektöründe pek bilinmez ama Azure mimarı olmak diye bir kavram var artık ve dünyada aynı PMI sertifikaları gibi günümüz mühendislik yetkinliklerinden biri haline geldi.
Bir başka kullanım örneği ise Drizti’nin HPCBOX çözümleri. Drizti şirketi de Azure platformu üzerine başka bir katman çıkarak bu sefer son kullanıcılara Star-CCM+, ANSYS, OpenFOAM gibi mühendislik hesaplama araçlarını süper bilgisayar altyapısı ile sunuyor. Kullanıcılar bu yazılımlara alışık oldukları ara yüzler ile süper bilgisayara ölçeklenmiş şekilde erişiyorlar. Bunun kullanıcılara faydası ise; iş istasyonu yatırımı yapmadan çok daha yüksek bir hesaplama gücüne uygun maliyetler ile istenilen lokasyondan çok kolay şekilde erişebilir olması.
Bugün ülkemizde sektörel anlamda süper bilgisayar kullanımı ile haşır neşir olmasak da çok yakın bir zaman içerisinde bu konu öncelikli gündem maddelerimizden biri haline gelecek. Hayatımız dijitalleştikçe süper bilgisayar kullanımı kaçınılmaz olarak artacak. Belki şu an fark edemiyoruz ama Endüstri 4.0 ve dijitalleşme sanayimize tam olarak girdiğinde üretilen devasa boyuttaki dijital veri ancak süper bilgisayarlar ve belirli algoritmalar ile işlenebilir olacak.
Yazının başında Covid-19 örneğinde gördüğümüz gibi zaman kısıtı olduğunda verilmesi gereken kritik kararlara süper bilgisayarların nasıl yardımcı olabileceğini gösteren bir diğer örnek Aramco’nun 2017 yılında paylaştığı bir haberde yer bulmuş.
Aramco’ nun Kral Abdullah Bilim ve Teknoloji Üniversitesi ve ANSYS ile yaptığı bir ortak çalışmada petrol ve doğal gaz üretim tesisi için verilmesi gereken kritik tasarım kararı daha önce 36.000 çekirdek ile haftalar sürerken, en son hesaplama 200.000 çekirdek ile bir gecede tamamlanmış.
Süper bilgisayarlar hayatımıza ilk girdiğinde herkes bu araçların bize hız, hesaplama gücü ve maliyet avantajı getireceğini düşünüyordu. Bugün geldiğimiz noktada ise bunlardan çok daha önemli olan şeyin süper bilgisayarlar üzerine uygulama geliştirerek yeni değerler ortaya çıkarmak olduğu görüldü. Önemli olan haftalar süren bir hesabı saatler içerisinde tamamlamaktan ziyade, saatler içerisinde yapılan hesaplar ile daha değerli bir ürün ortaya koyabilmektir.
Bitirirken
Dün, bugün ve gelecek arasındaki farkı bir klasik dijital el hesap makinasını düşünerek gözümüzde canlandırabiliriz. Klasik dijital el hesap makinaları artık dünde kaldı. Normal masaüstü bilgisayarlar, laptoplar veya iş istasyonları bugünümüz. Süper bilgisayarlar ise çok yakın geleceğimiz. Tabi ki bu Türkiye gerçekliği. Teknolojisi gelişmiş ülkelerde süper bilgisayarlar çoktan onların bugünleri olmuş, hatta bir kısım çok gelişmiş ülkelerde de süper bilgisayarlar dünde kalmış durumda. Bu çok gelişmiş ülkelerden bazıları klasik yarı iletken çekirdekler üzerinde hesaplama defterini kapatıp kuantum bilgisayarlar, biyolojik hesaplama vb. yeni teknolojilerin peşine düşmüş durumdalar.
Kısa süre içerisinde ülkemizde ve sektörümüzde süper bilgisayar kullanımını arttırmak bizim faydamıza olacaktır. Gelişmiş ülkeler ile aramızdaki fark giderek açılıyor. Bu ülkelerin bu kadar önemli bir altyapıya sahip olmalarının nedeni çok büyük hesaplamalar yapıyor olmaları, bizim de en az onlarınki kadar büyük hesaplarımız olmalı.
Baran Serdar SARIOĞLU, Yük. Müh., Arş. Gör. sariogluba@itu.edu.tr İstanbul Teknik Üniversitesi Gemi İnşaatı ve Deniz Bilimleri Fakültesi Gemi ve Deniz Teknolojisi Mühendisliği Bölümü
