Взлет и падение суперкомпьютеров на базе PlayStation

Десятки PlayStation 3 стоят в рефрижераторном контейнере на территории кампуса Массачусетского университета в Дартмуте, поглощая киловатты энергии и занимаясь взамен астрофизикой. Туда частенько водят на экскурсии будущих первокурсников и их родителей, в надежде заманить их в это учебное заведение, и это одно из немногих живых наследий необычной научной главы в истории PlayStation.

Эти приземистые боксы, некогда бывшие развлекательными системами, теперь зачастую пылятся у многих геймеров в шкафах. Когда-то они были желанными и для исследователей, которые использовали консоли для создания суперкомпьютеров. Объединяя PlayStation десятками и сотнями, ученые получали возможность обсчитывать физику черных дыр, обрабатывать кадры с беспилотников и даже выигрывать криптографические конкурсы.

Это продолжалось всего несколько лет, прежде чем технологии продвинулась дальше, позволяя создавать более экономичные и быстрые рабочие станции. Но в течение небольшого времени можно было собрать настоящий суперкомпьютер путем объединения вместе километров кабеля, десятков консолей и написания под все это программного обеспечения.

Исследователи годами возились с идеей использования графических процессоров для повышения итоговой вычислительной мощности устройств. Идея заключается в том, что тот же видеочип, позволяющий насладиться красотой джунглей в Uncharted, способен также выполнять вычислительные задачи — разумеется, если исследователи смогут это запрограммировать.

А если связать несколько консолей воедино, то они дадут больше, чем просто совокупность их комплектующих — получится вычислительный кластер с простой масштабируемостью и не очень высокой стоимостью.

Linux на PS2. Официально.

Игровые приставки вышли на сцену суперкомпьютеров в 2002 году, когда Sony выпустила комплект под названием Linux для PlayStation 2, включающий в себя клавиатуру, мышь, VGA-адаптер и сетевой адаптер Ethernet. «Они дали нам такую возможность», — сказал Крейг Штеффен. «Они навели мосты, чтобы вы могли писать код на консолях, и он будет работать».

Штеффен в настоящее время является старшим научным сотрудником в Национальном центре суперкомпьютерных приложений (NCSA). В 2002 году он присоединился к группе инженеров и начал работать над проектом, целью которого было купить кучу PS2 и использовать комплекты Linux, чтобы соединить приставки вместе и объединить их центральные процессоры Emotion Engine в нечто, напоминающее суперкомпьютер.

Они соединили около 60-70 PlayStation 2 и написали базовый код, позволяющий всем консолям работать вместе. «Это работало хорошо, но, к сожалению, не идеально», — сказал Штеффен. Были технические проблемы с памятью — две специфические ошибки, которые его команда так и не смогла устранить.

«Каждый раз, когда вы пытались работать на кластере из консолей, на части из них вылетала ошибка kernel panic, и вам приходилось перезагружать их, что делало дальнейшие вычисления невозможными», — сказал Штеффен. В итоге, не поборов эту проблему, они довольно быстро закрыли этот проект и перешли к другим вопросам в NCSA. Штеффен по-прежнему хранит одну из старых PS2 на своем столе в качестве сувенира.

«Сердце» PS3 — 8-поточный процессор Cell с частотой 3.2 ГГц. Для 2006 года — очень крутой чип.

Но это не поставило крест на приключениях консолей в области суперкомпьютеров. PlayStation 3 вышла на сцену в конце 2006 года с гораздо более мощным процессором и видеочипом, и, что немаловажно — с более простым способом установки Linux на нее. Но, разумеется, исследователям все еще нужно было придумать, как связать консоли между собой, и написать код для их корректной совместной работы.

Гаурав Ханна был обычным астрофизиком, который занимался исследованиями черных дыр в Массачусетском университете. «Выполнение чисто имитационной работы по моделированию черных дыр обычно не привлекает большого финансирования просто потому, что это не имеет большого значения для общества», — сказал Ханна.

С деньгами у его команды было туго, и взять их было негде. Поэтому Ханна и его коллеги провели мозговой штурм, пытаясь придумать решения. Один из сотрудников его отдела был заядлым геймером и упомянул процессор Cell для PS3, созданный IBM. Подобные чипы использовались тогда для создания современных суперкомпьютеров. «Так что мы заинтересовались консолями и решили проверить, можно ли их приспособить для научных целей», — говорит Ханна.

Вдохновленный спецификациями новой игровой машины от Sony, астрофизик начал скупать PS3 и создавать собственный суперкомпьютер. Ханну потребовалось несколько месяцев, чтобы заставить свой код запускаться, и еще месяцы, чтобы привести свою программу в рабочее состояние.

Ханна рядом со своим вычислительным кластером из PS3.

Он начал с восьми консолей, но к тому времени, когда он закончил, у него был собственный суперкомпьютер, собранный из 176 PlayStation 3 и готовый к расчетам — без необходимости арендовать чужие вычислительные мощности для моделирования черных дыр. Он получил возможность проводить сложные компьютерные расчеты и даже выигрывать конкурсы по криптографии на своем детище, которое обошлось ему куда дешевле традиционного суперкомпьютера с аналогичной производительностью.

Примерно в то же время у других исследователей возникали похожие идеи. Группа в Северной Каролине также создала вычислительный кластер из восьми PS3 в 2007 году, а несколько лет спустя в исследовательской лаборатории Военно-воздушных сил в Нью-Йорке компьютерный инженер Марк Барнелл начал работать над аналогичным проектом под названием Condor Cluster.

Правда вот время было выбрано неподходящее. Команда Барнелла предложила свой проект в 2009 году, когда Sony стала массово переходить на более компактную PS3 Slim, которая не имела возможности запускать Linux, в отличие от оригинальной PS3. Более того, после взлома оригинальной консоли Sony выпустила обновление прошивки, которое удаляло с жесткого диска OpenOS — систему, которая позволяла людям запускать Linux на PS3.

Все это серьезно усложняло поиск подходящих консолей. Военно-воздушным силам пришлось убедить Sony продать им необновленные PS3, которые компания массово отзывала из магазинов и собирала на складе под Чикаго. Потребовалось немало встреч с представителями Sony, но в конечном итоге военные добились своего, и проект Барнелла увидел свет в 2010 году.

Работая на более чем 1700 PlayStation 3, которые были соединены пятью километрами проводов, Condor Cluster был огромным, затмевая проект Ханна, а использовался он для обработки изображений с беспилотников. Во время своего расцвета он был на 35-ом месте среди всех суперкомпьютеров в мире.

Но ничто не вечно в нашем мире. Полупроводниковая индустрия не стоит на месте и постоянно предлагает все более и более высокопроизводительные процессоры и видеокарты. К тому же игровые приставки упрощались, что делало их менее полезными для науки. И хотя PlayStation 4 превзошла по продажам как оригинальную консоль, так и Wii, приблизившись к такому бестселлеру, как PS2, для исследователей она была практически бесполезной.

Как и более миниатюрная версия PlayStation 3, выпущенная до нее, PS4 не может быть легко превращена в винтик для суперкомпьютерной машины. «В PlayStation 4 нет ничего необычного, это простой старый добрый ПК», — говорит Ханна. «У нас не было мотивации делать что-либо с PlayStation 4».

Через год выходит PS5, и нет никаких слухов о том, что Sony разрешит запускать на ней Linux. Так что, видимо, эра суперкомпьютеров на базе PlayStation окончательно закончилась.