вторник, 16 июня 2009 г.

Дальневосточная ласточка суперкомпьютерного кластера России



24 октября 2007 года в Институте автоматики и процессов управления ДВО РАН состоялось торжественное открытие суперкомпьютерного центра, в котором установлен вычислительный кластер МВС-15000, являющийся самым мощным суперкомпьютером на Дальнем Востоке и в Восточной Сибири вплоть до Томска. Появление столь мощного компьютера практически на порядок увеличивает возможности дальневосточных учёных, применяющих вычислительную технику. На открытии центра присутствовали известные ученые Российской академии наук. Открывал центр вице-президент РАН, председатель СО РАН, академик Николай Леонтьевич Добрецов.

Директор ИАПУ член-корреспондент РАН Юрий Николаевич Кульчин рассказал,

что кластер МВС-15000 – это 42 вычислительных узла IBM JS20, каждый из которых оснащён двумя процессорами IBM PowerPC 970 с тактовой частотой 2,2 гигагерца, с 4 гигабайтами памяти и объединенных быстродействующей сетью Myrinet. Пиковая производительность одного узла 17,6 гигафлопса (миллиардов операций с плавающей запятой в секунду), суммарная пиковая производительность 739,2 гигафлопса. Центральная часть суперкомпьютера, собственно вычислительные модули, переданы по программе развития суперкомпьютерных вычислений в России из Межведомственного суперкомпьютерного центра (Москва). А оснащение суперкомпьютера необходимыми для эксплуатации системами кондиционирования и бесперебойного энергообеспечения, техникой поддержки вычислений произвел на собственные средства ИАПУ. Для научно-исследовательских институтов Владивостока и ДВО РАН доступ к кластеру открыт 24 часа в сутки 7 дней в неделю, организована защита от перебоев с электропитанием и круглосуточный контроль температуры.

Для институтов Академгородка организован доступ по корпоративной сети, для других институтов, высших учебных заведений – через интернет. Руководят работой суперкомпьютерного центра профессор, доктор физико-математических наук Евгений Алексеевич Нурминский и кандидат физико-математических наук Евгений Александрович Голенков. СЦ ИАПУ – первая ласточка дальневосточного фрагмента суперкомпьютерного кластера России. Юрий Николаевич сообщил, что в ближайшее время Дальневосточный государственный университет приобретет аналогичный суперкомпьютер, который по сети интернет будет связан с ИАПУ. Уже существует кластер в Хабаровске и в планах создание кластера на Камчатке.

На наших глазах создается региональная распределенная вычислительная система. Спектр решаемых с ее помощью научных задач широк, среди них и фундаментальные, и прикладные. Молекулярное моделирование структуры и механизмов функционирования мембранных и мембраноактивных белков, расчет физических характеристик плавучего ротора, применение сеточных моделей на основе полиэдральных элементов для вычисления моментов на пере судового руля, исследование эффективности и оптимизация алгоритмов параллельных вычислений в моделировании антифазных доменных границ на поверхности полупроводников, моделирование двумерных нестационарных течений газа через пористые объекты с выделением или поглощением тепла и интенсивным теплообменом, разработка и исследование продукционной системы параллельного программирования, разработка и исследование онтолого-ориентированных моделей, методов и средств медицинской диагностики. Кроме того, суперкомпьютерный центр ИАПУ занимается программным и методическим обеспечением работ, добивается максимальной производительности приложений заказчика. Это не просто реализовать, поскольку ранее программирование основывалось на принципе последовательного выполнения машинных операций, а сейчас требуется «распараллеливание» готового программного обеспечения, реализация параллельных алгоритмов при разработке программ «с нуля».

Если говорить просто, то новый вычислительный комплекс сравним по производительности с сотней современных персональных компьютеров. Но простое сравнение в данном случае не уместно. Эпоха создания локальных компьютерных систем, которые успевают устареть всего за несколько лет, уходит. Ей на смену пришла эпоха грид – мировых вычислительных сетей.

Чтобы расшифровать геном риса на самом мощном в мире компьютере, необходимо восемьдесят лет. Именно столько времени машина будет последовательно анализировать информацию обо всех генах растительного организма. Но можно эти вычисления провести значительно быстрее, если реализовать принцип параллельных вычислений. Собственно говоря, так работает человеческий мозг. К примеру, упомянутый геном ученые расшифровали всего за пару месяцев. Для этого с конца прошлого века применяются огромные вычислительные сети, связывающие компьютеры исследовательских институтов по всему миру. Объединять свои ресурсы начали физики, биологи, медики, генетики, астрономы и астрофизики. Такая же консолидация ждет и промышленность.

Недавно в Дрездене (Германия) был опубликован список самых мощных компьютеров в мире. Лидером стал суперкомпьютер IBM BlueGene/L, совместно разработанный корпорацией IBM и физической лабораторией им Лоренца в Ливерморе (США). Его производительность составила 280,6 терафлопса (триллионов операций в секунду). Самым мощным российским суперкомпьютером стал кластер, созданный компанией Т-платформы на базе процессоров Xeon и установленный в Томском государственном университете. Эта машина с производительностью 9 терафлопсов заняла 105-е место в рейтинге. Составной единицей кластера является один компьютер. Кластеры можно наращивать, добавляя новые машины. Чем мощнее составляющие кластер единицы, и чем быстрее соединение между ними, тем производительнее будет и весь кластер в целом. Помимо этого, и операционная система кластера должна максимально эффективно использовать имеющееся в кластере оборудование. Особенно это требование необходимо в гетерогенных кластерах, составные единицы которого не идентичны.

Впервые идея грид возникла в 1997 году в США. Создание этой сети обходилось гораздо дешевле, чем строительство суперкомпьютерного центра, состоящего из множества процессоров. Если интернет обеспечивает доступ к информации, то грид позволяет использовать вычислительные ресурсы компьютеров независимо от того, где находятся эти машины. Грид работает так же, как электрическая сеть. Чтобы с его помощью провести расчеты, достаточно запустить задачу в интернет, потому что все компьютеры связаны обычными сетевыми каналами. Сначала система проверяет, имеете ли вы право ею пользоваться, а затем запускает задачу в систему. Она может решаться на компьютерах в США, ЦЕРНе (Европейский центр ядерных исследований, Женева, Франция) или в Японии, но вы обязательно получите ответ. Грид – это объединение и использование простаивающих вычислительных ресурсов. Ночью машины, как правило, не задействованы, а при правильной организации это время можно потратить на вычисления. Поэтому ученые Владивостока и Москвы поочередно смогут использовать объединенные вычислительные ресурсы. Это философия не наращивания, а рационального использования ресурсов.

Спустя десятилетие после возникновения грид его использование для научных целей получило широкое распространение. В результате даже появился новый термин e-science (электронная наука). Сейчас Евросоюз финансирует крупнейшую программу EGEE (enabling grids for e-science in Europe) – создание грид-систем для европейской науки. Проект выполняется консорциумом из 70 институтов в 27 странах. Россию представляют восемь институтов, разрабатывающих инфраструктуру регионального грид. В 2004–2006 годах ЕС выделил на эту программу 100 миллионов евро, в ближайшие два года на ее финансирование будет направлено еще 140 миллионов евро. Эти деньги распределяются между участниками различных проектов, часть из них получат и наши ученые. Подключение к грид EGEE осуществляется через виртуальные организации, в которые кооперируются как потребители, так и владельцы ресурсов. Ознакомиться с правилами участия в работе виртуальных организаций можно на специальных сайтах, например российском http://www.gridclub.ru/ или на сайте ЦЕРНа http://http://gridcafe.web.cern.ch/gridcafe/

Чужие вычислительные мощности используют не только ученые. Эту технологию применяют промышленные консорциумы Boeing и Airbus при проектировании самолетов. Так что в будущем грид, возможно, повторит путь развития интернета, ведь последний был создан исключительно для потребностей науки. Протокол WWW появился в ЦЕРНе в 1989 году, а впервые был реализован в 1990 году. Его придумали чтобы ускорить обмен информацией между физиками, которые работают в различных уголках мира. Однако он быстро перешел в разряд коммерческих проектов и стал использоваться повсеместно.

Ю.Н. Кульчин подчеркнул, что в связи с изменением технологий программирования возрастают методическая и учебная роли ИАПУ как лидера в развитии информатизации Дальнего Востока.

По его мнению, особое внимание следует уделять обучению студентов пользованию суперкомпьютерной техникой в рамках центра коллективного пользования. Уже сейчас студенты из ДВГУ, Амурского государственного университета (Благовещенск), используя линии связи, могут участвовать в образовательных суперкомпьютерных программах и выполнять практические задания, используя вычислительную базу ИАПУ. Можно надеяться, что скоро появится достаточное количество специалистов, которые обеспечат программную поддержку в решении вычислительных задач. Эти задачи существуют не только в академической науке, но и в реальном секторе экономики. Например, задачи логистики. Владивосток – город, через который идет огромное количество морских, железнодорожных, автомобильных грузов. Здесь в узких улочках бурлят многотысячные пассажиропотоки. Проблема очевидна, и она требует немедленного решения. Мосты, о которых так много говорят в последнее время, появятся не ранее, чем через несколько лет и не изменят коренным образом транспортную инфраструктуру города. Юрий Николаевич уверен, что используя вычислительные возможности ИАПУ можно даже без строительства новых дорог организовать и регулировать автомобильное движение на территории города без «пробок» и заторов.

Другая отрасль экономики, которая неизбежно обратится к использованию вычислительных мощностей суперкомпьютера – это энергетика. Тепловые сети города Арсеньева уже в настоящее время управляются компьютерами ИАПУ. Администрация города Артема рассматривает вопрос о заключении аналогичного договора с институтом. Юрий Николаевич уверен, что эффективное управление потоками тепловой и электроэнергии на территории всего Приморского края, ликвидацию аварий и предотвращение чрезвычайных ситуаций в тепловых и электрических сетях, перетоки энергии реально осуществить и в наши дни. Сбор, обработка, управление таким огромным объемом информации возможны только с использованием уникального вычислительного комплекса ИАПУ.

31 октября 2007 года

Комментариев нет:

Отправить комментарий