Aufstieg und Fall der PlayStation-Supercomputer

Dutzende von PlayStation 3 sitzen in einem gekühlten Versandcontainer auf dem Campus der University of Massachusetts Dartmouth, saugen Energie und erforschen Astrophysik. Es ist ein beliebter Ort für Führungen, um Studienanfängern und ihren Eltern die Universität schmackhaft zu machen, und eine der wenigen noch lebenden Hinterlassenschaften eines seltsamen wissenschaftlichen Kapitels in der Geschichte der PlayStation.

Diese gedrungenen Kisten, die auf Unterhaltungssystemen oder staubbedeckt im hinteren Teil eines Schranks stehen, waren einst von Forschern begehrt, die die Konsolen zum Bau von Supercomputern verwendeten. Mit diesen Rechnern waren die Wissenschaftler plötzlich in der Lage, über die Physik schwarzer Löcher nachzudenken, Drohnenaufnahmen zu verarbeiten oder Kryptographie-Wettbewerbe zu gewinnen. Es dauerte nur ein paar Jahre, bevor die Technik weiterging und kleiner und effizienter wurde. Aber für diesen kurzen Moment konnten einige der leistungsstärksten Computer der Welt mit Code, Draht und Spielkonsolen zusammengehackt werden.

Forscher hatten schon seit Jahren mit der Idee gespielt, Grafikprozessoren zur Steigerung ihrer Rechenleistung einzusetzen. Die Idee war, dass dieselbe Leistung, die es ermöglichte, die düstere Geschichte von Shadow of the Colossus zu rendern, auch in der Lage war, massive Berechnungen durchzuführen – wenn die Forscher die Maschinen richtig konfigurieren konnten. Wenn sie sie miteinander verbinden konnten, waren diese Konsolen oder Computer plötzlich weit mehr als die Summe ihrer Teile. Dies war das Cluster-Computing, und es war nicht nur bei den PlayStations der Fall; viele Forscher versuchten, Computer so zu nutzen, dass sie als Team arbeiteten und immer kompliziertere Probleme lösen konnten.

Die Spielkonsolen traten 2002 in die Supercomputing-Szene ein, als Sony ein Kit namens Linux für die PlayStation 2 herausbrachte. „Damit wurde es zugänglich“, sagte Craig Steffen. „Sie bauten die Brücken, so dass man den Code schreiben konnte, und es funktionierte.“ Steffen ist heute leitender Wissenschaftler am National Center for Supercomputing Applications (NCSA). Im Jahr 2002 war er gerade der Gruppe beigetreten und begann mit einem Projekt, bei dem es darum ging, eine Reihe von PS2s zu kaufen und sie (und ihre Emotion Engine Central Processing Units) mit Hilfe von Linux-Kits zu einer Art Supercomputer zusammenzuschalten.

Sie schlossen zwischen 60 und 70 PlayStation 2s an, schrieben etwas Code und bauten eine Bibliothek. „Es hat ganz gut funktioniert, aber nicht überragend gut“, sagte Steffen. Es gab technische Probleme mit dem Speicher – zwei spezifische Fehler, auf die sein Team keinen Einfluss hatte.

„Jedes Mal, wenn man das Ding laufen ließ, führte es dazu, dass der Kernel auf dem Rechner, auf dem man es laufen ließ, in einen seltsamen instabilen Zustand geriet und neu gebootet werden musste, was sehr ärgerlich war“, sagte Steffen.

Sie beendeten das Projekt relativ schnell und widmeten sich anderen Fragen am NCSA. Steffen bewahrt immer noch eine der alten PS2 auf seinem Schreibtisch auf, um sich an das Programm zu erinnern.

Aber das war noch nicht das Ende der Supercomputer-Abenteuer von PlayStation. Die PS3 kam Ende 2006 auf den Markt, mit leistungsstarker Hardware und einer einfacheren Möglichkeit, Linux auf die Geräte zu laden. Die Forscher mussten die Systeme zwar immer noch miteinander verbinden, aber plötzlich konnten sie sich vorstellen, all diese Geräte miteinander zu verbinden, um etwas zu schaffen, das die Welt verändern würde, anstatt nur ein Prototyp zum Nachweis eines Konzepts zu sein.

Das war es, was sich der Forscher für schwarze Löcher an der UMass Dartmouth vorstellte. „Reine Periodensimulationen über Schwarze Löcher werden in der Regel nicht besonders gefördert, weil sie für die Gesellschaft nicht allzu relevant sind“, sagte Khanna.

Das Geld war knapp, und es wurde immer knapper. Also überlegten Khanna und seine Kollegen, wie sie zu einer Lösung kommen könnten. Einer der Mitarbeiter in seiner Abteilung war ein begeisterter Gamer und erwähnte den Cell-Prozessor der PS3, der von IBM hergestellt wurde. Eine ähnliche Art von Chip wurde für den Bau fortschrittlicher Supercomputer verwendet. „Also haben wir uns dafür interessiert: Ist das etwas Interessantes, das wir für die Wissenschaft missbrauchen könnten?“ sagt Khanna.

Inspiriert von den technischen Daten des neuen Geräts von Sony begann der Astrophysiker, PS3s zu kaufen und seinen eigenen Supercomputer zu bauen. Khanna brauchte mehrere Monate, um den Code in Form zu bringen, und weitere Monate, um sein Programm in einen funktionierenden Zustand zu bringen. Er begann mit acht Rechnern, aber als er fertig war, hatte er seinen eigenen Supercomputer, der aus 176 Konsolen zusammengebaut war und mit dem er seine Experimente durchführen konnte – ohne sich um Platz zu streiten oder andere Forscher zu bezahlen, die seine Simulationen von schwarzen Löchern durchführen sollten. Plötzlich konnte er komplexe Computermodelle ausführen oder Kryptographiewettbewerbe zu einem Bruchteil der Kosten eines typischen Supercomputers gewinnen.

Zur gleichen Zeit hatten andere Forscher ähnliche Ideen. Eine Gruppe in North Carolina baute 2007 ebenfalls einen PS3-Supercomputer, und ein paar Jahre später begann der Informatiker Mark Barnell am Air Force Research Laboratory in New York mit der Arbeit an einem ähnlichen Projekt namens Condor Cluster.

Das Timing war nicht gerade günstig. Barnells Team schlug das Projekt im Jahr 2009 vor, als Sony gerade auf die abgespeckte PS3 slim umstieg, die im Gegensatz zur ursprünglichen PS3 nicht mit Linux betrieben werden konnte. Nach einem Hack gab Sony sogar ein Firmware-Update heraus, mit dem OpenOS, das System, das die Ausführung von Linux ermöglichte, von bestehenden PS3-Systemen entfernt wurde. Das machte die Suche nach brauchbaren Konsolen noch schwieriger. Die Air Force musste Sony davon überzeugen, ihr die nicht aktualisierten PS3-Systeme zu verkaufen, die das Unternehmen aus den Regalen genommen hatte und die zu diesem Zeitpunkt in einem Lagerhaus außerhalb von Chicago standen. Es bedurfte vieler Treffen, aber schließlich bekam die Air Force, was sie suchte, und 2010 hatte das Projekt sein großes Debüt.

Der Condor Cluster lief auf mehr als 1.700 PS3s, die über fünf Meilen Kabel miteinander verbunden waren, und war riesig und stellte Khannas Projekt in den Schatten. In seiner Blütezeit war er der 35. schnellste Supercomputer der Welt.

Aber nichts von alledem hielt lange an. Noch während diese Projekte gebaut wurden, entwickelten sich die Supercomputer weiter und wurden immer leistungsfähiger. Gleichzeitig wurden die Spielkonsolen immer einfacher, was sie für die Wissenschaft weniger nützlich machte. Die PlayStation 4 übertraf sowohl die ursprüngliche PlayStation als auch die Wii und erreichte fast den Status der PS2 als meistverkaufte Konsole. Doch für Forscher war sie nahezu nutzlos. Wie die schlankere Version der PlayStation 3, die vor ihr auf den Markt kam, lässt sich die PS4 nicht ohne Weiteres in ein Rädchen für eine Supercomputer-Maschine verwandeln. „Es gibt nichts Neues an der PlayStation 4, sie ist einfach ein normaler alter PC“, sagt Khanna. „Wir waren nicht wirklich motiviert, etwas mit der PlayStation 4 zu machen.“

Die Ära der PlayStation-Supercomputer war vorbei.

Die Maschine an der UMass Dartmouth arbeitet immer noch und brummt in dem gekühlten Versandcontainer auf dem Campus vor sich hin. Die Maschine an der UMass Dartmouth ist kleiner als sie zu ihrer Spitzenleistung von etwa 400 PlayStation 3s war. Teile davon wurden herausgeschnitten und wiederverwendet. Einige arbeiten noch in kleineren Supercomputern an anderen Schulen zusammen, andere sind kaputt gegangen oder der Zeit zum Opfer gefallen. Inzwischen versucht Khanna, kleinere, effizientere Geräte zu seinem Supercomputer der nächsten Generation zusammenzuschalten. Er sagt, dass die Nvidia Shield-Geräte, mit denen er jetzt arbeitet, etwa 50 Mal effizienter sind als die bereits effiziente PS3.

Der Supercluster der Superkonsolen der Luftwaffe hatte das am meisten beachtete Nachleben. Als das Programm vor etwa vier Jahren endete, wurden einige Konsolen an andere Programme gespendet, darunter auch an das von Khanna. Viele der alten Konsolen wurden jedoch als altes Inventar verkauft, und ein paar hundert wurden von Mitarbeitern der Fernsehserie Person of Interest aufgekauft. In der Premiere von Staffel 5 der Serie feierten die Konsolen ihr Leinwanddebüt und spielten – man höre und staune – einen Supercomputer, der aus PlayStation 3s besteht.

„Es ist alles Hollywood“, sagte Barnell über das Drehbuch, „aber die Hardware ist tatsächlich unsere Ausrüstung.“

Korrektur, 7:05 PM ET: Für die Supercomputer-Projekte wurde die ursprüngliche PS3 benötigt, nicht die PS3 Slim, weil Sony als Reaktion auf Hacks die Linux-Unterstützung aus der Konsole entfernt hatte – was später zu einem Sammelklagevergleich führte. In diesem Artikel hieß es ursprünglich, dass es daran lag, dass die PS3 Slim weniger leistungsfähig war. Wir bedauern den Fehler.