De opkomst en ondergang van de PlayStation-supercomputers

Tientallen PlayStation 3’s staan in een gekoelde container op de campus van de University of Massachusetts Dartmouth energie te verbruiken en astrofysica te onderzoeken. Het is een populaire halte voor rondleidingen die de school aan toekomstige eerstejaarsstudenten en hun ouders proberen te verkopen en het is een van de weinige levende erfenissen van een vreemd wetenschappelijk hoofdstuk in de geschiedenis van PlayStation.

Deze kraakbenige dozen, die op entertainmentsystemen staan te pronken of achter in een kast stof liggen te happen, werden ooit begeerd door onderzoekers die de consoles gebruikten om supercomputers te bouwen. Met de rekken machines waren de wetenschappers plotseling in staat om de fysica van zwarte gaten te bestuderen, drone-opnamen te verwerken of cryptografiewedstrijden te winnen. Het duurde maar een paar jaar voordat de technologie verder ging en kleiner en efficiënter werd. Maar voor dat korte moment konden enkele van de krachtigste computers ter wereld in elkaar worden gehackt met code, draad en spelconsoles.

Onderzoekers waren al jaren aan het knoeien met het idee om grafische processors te gebruiken om hun rekenkracht te vergroten. Het idee is dat dezelfde kracht die het mogelijk maakte om het grimmige verhaal van Shadow of the Colossus weer te geven, ook in staat was om enorme berekeningen te doen – als onderzoekers de machines op de juiste manier konden configureren. Als ze ze aan elkaar konden koppelen, werden die consoles of computers plots veel meer dan de som van hun delen. Dit was cluster computing, en het was niet uniek voor PlayStations; veel onderzoekers probeerden computers in te zetten om als een team te werken en probeerden ze steeds ingewikkeldere problemen te laten oplossen.

De spelconsoles deden hun intrede in de supercomputerscene in 2002 toen Sony een kit genaamd Linux voor de PlayStation 2 uitbracht. “Het maakte het toegankelijk,” zei Craig Steffen. “Ze bouwden de bruggen, zodat je de code kon schrijven, en het zou werken.” Steffen is nu een senior onderzoekswetenschapper bij het National Center for Supercomputing Applications (NCSA). In 2002 was hij net bij de groep gekomen en begon te werken aan een project met als doel een stel PS2’s te kopen en de Linux-kits te gebruiken om ze (en hun Emotion Engine centrale verwerkingseenheden) aan elkaar te koppelen tot iets wat op een supercomputer leek.

Ze sloten tussen de 60 en 70 PlayStation 2’s aan, schreven wat code en bouwden een bibliotheek op. “Het werkte goed, het werkte niet supergoed,” zei Steffen. Er waren technische problemen met het geheugen – twee specifieke bugs waar zijn team geen controle over had.

“Elke keer dat je dit ding draaide, veroorzaakte het de kernel op welke machine je het ook draaide om een soort van in deze vreemde onstabiele staat te gaan en het zou opnieuw moeten worden opgestart, wat een teleurstelling was,” zei Steffen.

Ze sloten het project relatief snel af en gingen verder met andere vragen bij het NCSA. Steffen bewaart nog steeds een van de oude PS2’s op zijn bureau als aandenken aan het programma.

Maar dat is niet waar PlayStation’s supercomputeravonturen ophielden. De PS3 kwam eind 2006 op de markt met krachtige hardware en een eenvoudigere manier om Linux op de apparaten te laden. Onderzoekers moesten de systemen nog steeds aan elkaar koppelen, maar opeens konden ze zich voorstellen al die apparaten aan elkaar te koppelen tot iets dat een game-changer was in plaats van slechts een proof-of-concept prototype.

Dat is zeker wat Gaurav Khanna zich voorstelde bij onderzoeker van zwarte gaten bij UMass Dartmouth. “Het doen van puur periodesimulatiewerk aan zwarte gaten trekt niet echt veel financiering aan, gewoon omdat het niet al te veel relevantie heeft voor de samenleving,” zei Khanna.

Het geld was krap, en het werd krapper. Dus waren Khanna en zijn collega’s aan het brainstormen, om te proberen oplossingen te bedenken. Een van de mensen op zijn afdeling was een fervent gamer en noemde de Cell-processor van de PS3, die door IBM was gemaakt. Eenzelfde soort chip werd gebruikt om geavanceerde supercomputers te bouwen. “Dus we raakten er een beetje in geïnteresseerd, weet je, is dit iets interessants dat we kunnen misbruiken om wetenschap te bedrijven?” Khanna zegt.

Geïnspireerd door de specs van Sony’s nieuwe machine, begon de astrofysicus PS3’s op te kopen en zijn eigen supercomputer te bouwen. Het kostte Khanna enkele maanden om de code in orde te krijgen en nog eens maanden om zijn programma op te schonen tot een werkend geheel. Hij begon met acht PS3’s, maar toen hij klaar was, had hij zijn eigen supercomputer, samengesteld uit 176 consoles en klaar om zijn experimenten uit te voeren – zonder te vechten voor ruimte of andere onderzoekers te betalen om zijn simulaties van zwarte gaten uit te voeren. Plotseling kon hij complexe computermodellen uitvoeren of cryptografiewedstrijden winnen tegen een fractie van de kosten van een meer typische supercomputer.

Omstreeks dezelfde tijd hadden andere onderzoekers soortgelijke ideeën. Een groep in North Carolina bouwde in 2007 ook een PS3-supercomputer, en een paar jaar later, bij het Air Force Research Laboratory in New York, begon computerwetenschapper Mark Barnell te werken aan een soortgelijk project genaamd de Condor Cluster.

De timing was niet geweldig. Barnell’s team stelde het project voor in 2009, net toen Sony overstapte op de PS3 slim, die niet de mogelijkheid had om Linux te draaien, in tegenstelling tot de originele PS3. Na een hack bracht Sony zelfs een firmware-update uit die OpenOS, het systeem waarmee mensen Linux konden draaien, van bestaande PS3-systemen haalde. Dat maakte het vinden van bruikbare consoles nog moeilijker. De luchtmacht moest Sony overtuigen om de PS3’s te verkopen die het bedrijf uit de schappen haalde en die op dat moment in een magazijn buiten Chicago stonden. Het kostte veel vergaderingen, maar uiteindelijk kreeg de luchtmacht wat het zocht, en in 2010 had het project zijn grote debuut.

Draaiend op meer dan 1.700 PS3’s die waren verbonden door vijf mijl draad, de Condor Cluster was enorm, dwerg Khanna’s project, en het werd gebruikt om beelden van surveillance drones te verwerken. Tijdens zijn hoogtijdagen was het de 35e snelste supercomputer ter wereld.

Maar niets van dit alles duurde lang. Zelfs terwijl deze projecten werden gebouwd, gingen supercomputers vooruit, werden krachtiger. Tegelijkertijd werden spelcomputers steeds eenvoudiger, waardoor ze minder nuttig werden voor de wetenschap. De PlayStation 4 verkocht meer dan zowel de originele PlayStation als de Wii en naderde de bestverkopende status die de PS2 momenteel heeft. Maar voor onderzoekers was hij bijna nutteloos. Net als de slankere versie van de PlayStation 3 die daarvoor werd uitgebracht, kan de PS4 niet gemakkelijk in een radertje voor een supercomputer worden veranderd. “Er is niets nieuws aan de PlayStation 4, het is gewoon een gewone oude pc,” zegt Khanna. “We waren niet echt gemotiveerd om iets met de PlayStation 4 te doen.”

Het tijdperk van de PlayStation-supercomputer was voorbij.

Degene bij UMass Dartmouth werkt nog steeds, zoemend van leven in die gekoelde zeecontainer op de campus. De UMass Dartmouth-machine is kleiner dan hij vroeger was op zijn piekvermogen van ongeveer 400 PlayStation 3’s. Delen ervan zijn eruit geknipt en hergebruikt. Sommige werken nog samen in kleinere supercomputers op andere scholen; andere zijn kapot gegaan of verloren gegaan in de tijd. Khanna probeert sindsdien kleinere, efficiëntere apparaten aan elkaar te koppelen in zijn supercomputer van de volgende generatie. Hij zegt dat de Nvidia Shield-apparaten waar hij nu mee werkt ongeveer 50 keer efficiënter zijn dan de al efficiënte PS3.

Het is het supercluster van superconsoles van de luchtmacht dat het meest sterrijke hiernamaals had. Toen het programma ongeveer vier jaar geleden eindigde, werden sommige consoles gedoneerd aan andere programma’s, waaronder dat van Khanna. Maar veel van de oude consoles werden verkocht als oude inventaris, en een paar honderd werden opgepikt door mensen die werken voor de TV show Person of Interest. In een van de krantenkoppen gerukte actie maakten de consoles hun debuut op het witte doek in de première van seizoen 5 van de show, waarin ze – wacht even – een supercomputer speelden die was gemaakt van PlayStation 3’s.

“Het is allemaal Hollywood,” zei Barnell over het script, “maar de hardware is eigenlijk onze apparatuur.”

Correctie, 19:05 PM ET: Supercomputer projecten hadden de originele PS3 nodig, niet de PS3 Slim, omdat Sony Linux-ondersteuning van de console had verwijderd in reactie op hacks – wat later leidde tot een schikking met een class-action. In dit artikel stond oorspronkelijk dat het was omdat de PS3 Slim minder krachtig was. We betreuren de fout.