PlayStationin supertietokoneiden nousu ja tuho

Kymmenet PlayStation 3:t istuvat jäähdytetyssä kuljetuslaatikossa Massachusettsin yliopiston Dartmouthin kampuksella, imevät energiaa ja tutkivat astrofysiikkaa. Se on suosittu pysähdyspaikka kierroksilla, joilla yritetään myydä koulua mahdollisille ensimmäisen vuoden opiskelijoille ja heidän vanhemmilleen, ja se on yksi harvoista elävistä perinnöistä PlayStationin historian oudosta tiedeluvusta.

Näitä viihdejärjestelmissä kömpiviä tai kaapin perällä pölyttyneitä kookkaita laatikoita himoitsivat aikoinaan tutkijat, jotka hyödynsivät konsoleita supertietokoneiden rakentamisessa. Koneiden telineiden avulla tutkijat pystyivät yhtäkkiä pohtimaan mustien aukkojen fysiikkaa, käsittelemään lennokkien kuvamateriaalia tai voittamaan salakirjoituskilpailuja. Se kesti vain muutaman vuoden, ennen kuin tekniikka siirtyi eteenpäin ja muuttui pienemmäksi ja tehokkaammaksi. Mutta tuon lyhyen hetken ajan osa maailman tehokkaimmista tietokoneista voitiin hakata yhteen koodilla, piuhalla ja pelikonsoleilla.

Tutkijat olivat jo vuosia pähkäilleet ajatusta grafiikkasuorittimien käytöstä laskentatehon lisäämiseksi. Ajatuksena oli, että sama teho, joka mahdollisti Shadow of the Colossuksen synkän tarinankerronnan renderöinnin, kykenisi myös massiivisiin laskutoimituksiin – jos tutkijat pystyisivät konfiguroimaan koneet oikealla tavalla. Jos ne pystyttiin yhdistämään toisiinsa, konsolit tai tietokoneet alkoivat yhtäkkiä olla paljon enemmän kuin osiensa summa. Tämä oli klusterilaskentaa, eikä se ollut ainutlaatuista PlayStationeille; monet tutkijat yrittivät valjastaa tietokoneita työskentelemään tiiminä ja saada ne ratkaisemaan yhä monimutkaisempia ongelmia.

Pelikonsolit tulivat supertietokoneiden joukkoon vuonna 2002, kun Sony julkaisi Linux-nimisen paketin PlayStation 2:lle. ”Se teki siitä helposti lähestyttävää”, Craig Steffen sanoi. ”He rakensivat sillat, jotta voit kirjoittaa koodin, ja se toimi.” Steffen on nyt vanhempi tutkija NCSA:ssa (National Center for Supercomputing Applications). Vuonna 2002 hän oli juuri liittynyt ryhmään ja alkoi työskennellä projektin parissa, jonka tavoitteena oli ostaa joukko PS2-laitteita ja käyttää Linux-paketteja niiden (ja niiden Emotion Engine -keskusyksiköiden) kytkemiseen yhteen joksikin supertietokonetta muistuttavaksi.

He kytkivät yhteen 60-70 PlayStation 2:ta, kirjoittivat koodia ja rakensivat kirjaston. ”Se toimi ihan hyvin, se ei toiminut erinomaisesti”, Steffen sanoi. Muistiin liittyi teknisiä ongelmia – kaksi tiettyä vikaa, joihin hänen tiiminsä ei voinut vaikuttaa.

”Joka kerta, kun tämä laite ajettiin, se aiheutti sen, että minkä tahansa koneen ytimessä, jossa sitä ajettiin, se meni outoon epävakaaseen tilaan, ja se piti käynnistää uudelleen, mikä oli harmillista”, Steffen sanoi.

He lopettivat projektin suhteellisen nopeasti ja siirtyivät NCSA:n muihin kysymyksiin. Steffen pitää yhä yhtä vanhoista PS2:sta työpöydällään muistona ohjelmasta.

Mutta PlayStationin supertietokoneseikkailut eivät päättyneet siihen. PS3 astui kuvioihin vuoden 2006 lopulla tehokkaan laitteiston ja helpomman tavan ladata Linux laitteisiin. Tutkijoiden oli edelleen yhdistettävä järjestelmät toisiinsa, mutta yhtäkkiä heidän oli mahdollista kuvitella yhdistävänsä kaikki nämä laitteet joksikin, joka muuttaisi peliä pelkän prototyypin sijaan.

Mustaa aukkoa tutkinut Gaurav Khanna kuvitteli varmasti juuri sitä UMass Dartmouthissa. ”Mustien aukkojen puhdas ajallinen simulointityö ei tyypillisesti houkuttele paljon rahoitusta, koska sillä ei ole liikaa merkitystä yhteiskunnalle”, Khanna sanoi.

Rahat olivat tiukassa, ja ne olivat yhä tiukemmassa. Niinpä Khanna ja hänen kollegansa ideoivat ja yrittivät keksiä ratkaisuja. Yksi hänen osastollaan työskentelevistä oli innokas pelaaja ja mainitsi PS3:n Cell-prosessorin, joka oli IBM:n valmistama. Samantyyppistä sirua käytettiin kehittyneiden supertietokoneiden rakentamiseen. ”Joten aloimme tavallaan kiinnostua siitä, että onko tämä jotain mielenkiintoista, jota voisimme käyttää väärin tieteen tekemiseen.” Khanna sanoo.

Sonyn uuden koneen ominaisuuksien innoittamana astrofyysikko alkoi ostaa PS3-koneita ja rakentaa omaa supertietokonettaan. Khannalta kesti useita kuukausia saada koodi kuntoon ja vielä kuukausia siivota ohjelmansa toimivaan kuntoon. Hän aloitti kahdeksalla konsolilla, mutta kun hän oli valmis, hänellä oli oma supertietokone, joka oli koottu 176 konsolista ja joka oli valmis suorittamaan kokeitaan – ei tarvinnut kilpailla tilasta tai maksaa muille tutkijoille mustien aukkojen simulaatioiden suorittamisesta. Yhtäkkiä hän saattoi ajaa monimutkaisia tietokonemalleja tai voittaa salakirjoituskilpailuja murto-osalla tavanomaisemman supertietokoneen kustannuksista.

Samoihin aikoihin muilla tutkijoilla oli samanlaisia ajatuksia. Eräs ryhmä Pohjois-Carolinassa rakensi myös PS3-supertietokoneen vuonna 2007, ja muutamaa vuotta myöhemmin ilmavoimien tutkimuslaboratoriossa New Yorkissa tietojenkäsittelytieteilijä Mark Barnell alkoi työskennellä samanlaisen projektin parissa, jota kutsuttiin Condor Clusteriksi.

Ajoitus ei ollut hyvä. Barnellin tiimi ehdotti projektia vuonna 2009, juuri kun Sony oli siirtymässä kohti pelkistettyä PS3 slim -mallia, jossa ei ollut mahdollisuutta käyttää Linuxia, toisin kuin alkuperäisessä PS3:ssa. Hakkeroinnin jälkeen Sony jopa julkaisi laiteohjelmistopäivityksen, joka poisti OpenOS-järjestelmän, joka mahdollisti Linuxin käytön, nykyisistä PS3-järjestelmistä. Tämä vaikeutti käyttökelpoisten konsolien löytämistä entisestään. Ilmavoimien oli suostuteltava Sonya myymään sille päivittämättömiä PS3-konsoleita, joita yhtiö oli vetämässä pois hyllyistä ja jotka olivat tuolloin Chicagon ulkopuolella sijaitsevassa varastossa. Kesti monia tapaamisia, mutta lopulta ilmavoimat sai etsimänsä, ja vuonna 2010 projekti sai suuren ensiesiintymisensä.

Condor Cluster toimi yli 1700 PS3:lla, jotka oli yhdistetty toisiinsa kahdeksan kilometrin pituisella piuhalla, ja se oli valtava, kääpiöittäinen verrattuna Khannan projektiin, ja sillä käsiteltiin valvontadronien kuvia. Kukoistusaikanaan se oli maailman 35. nopein supertietokone.

Mutta mikään tästä ei kestänyt kauan. Jopa näiden projektien rakentamisen aikana supertietokoneet kehittyivät ja tulivat yhä tehokkaammiksi. Samaan aikaan pelikonsolit yksinkertaistuivat, mikä teki niistä tieteelle vähemmän hyödyllisiä. PlayStation 4 päihitti sekä alkuperäisen PlayStationin että Wiin ja lähestyi PS2:n nykyistä myydyintä asemaa. Tutkijoiden kannalta se oli kuitenkin lähes hyödytön. Kuten sitä ennen julkaistua PlayStation 3:n ohuempaa versiota, PS4:ää ei voi helposti muuttaa supertietokoneen rattaaksi. ”PlayStation 4:ssä ei ole mitään uutta, se on vain tavallinen vanha PC”, Khanna sanoo. ”Emme olleet motivoituneita tekemään mitään PlayStation 4:llä.”

PlayStationin supertietokoneiden aikakausi oli ohi.

UMass Dartmouthin supertietokone toimii yhä, ja se humisee elämää tuossa kampuksen kylmäkontissa. UMass Dartmouthin kone on pienempi kuin se oli huipputehollaan noin 400 PlayStation 3:lla. Siitä on leikattu osia pois ja käytetty uudelleen. Osa toimii edelleen yhdessä pienemmissä supertietokoneissa muissa kouluissa, osa on hajonnut tai kadonnut ajan myötä. Khanna on sittemmin siirtynyt yrittämään pienempien ja tehokkaampien laitteiden yhdistämistä seuraavan sukupolven supertietokoneeseensa. Hänen mukaansa Nvidia Shield -laitteet, joiden kanssa hän nyt työskentelee, ovat noin 50 kertaa tehokkaampia kuin jo valmiiksi tehokas PS3.

Tähdikkaimman jälkielämän sai ilmavoimien superkonsolien superklusteri. Kun ohjelma päättyi noin neljä vuotta sitten, osa konsoleista lahjoitettiin muihin ohjelmiin, kuten Khannan ohjelmaan. Monet vanhoista konsoleista myytiin kuitenkin pois vanhana varastona, ja muutama sata konsolia päätyi Person of Interest -televisiosarjan parissa työskentelevien ihmisten haltuun. Konsolit debytoivat valkokankaalla sarjan viidennen kauden ensi-illassa, jossa ne näyttelivät – odottakaas – PlayStation 3:sta tehtyä supertietokonetta.

”Kaikki on Hollywoodia”, Barnell sanoi käsikirjoituksesta, ”mutta laitteisto on itse asiassa meidän laitteistoamme.”

Oikaisu, 19:05 ET: Supertietokonehankkeissa tarvittiin alkuperäistä PS3:a, ei PS3 Slimiä, koska Sony oli poistanut Linux-tuen konsolista vastauksena hakkerointeihin – jotka myöhemmin johtivat ryhmäkanteen ratkaisuun. Tässä artikkelissa kerrottiin alun perin, että syynä oli se, että PS3 Slim oli tehottomampi. Pahoittelemme virhettä.