Рис. 1. В.А.Мельников и С.А.Лебедев
В 1979 г. появляется Эльбрус -1 — компьютер на основе суперскалярного RISC-процессора, разработанный в ИТМиВТ, генеральный конструктор В.С.Бурцев . В 1984 гг. под его руководством создан 10-процессорный суперкомпьютер Эльбрус-2, который использовался в Российской противоракетной системе, ЦУПе, Арзамасе-16 и Челябинске-70. .
Проект 16-процессорного компьютера Эльбрус-3 производительностью 125 млн операций в секунду с большой локальной оперативной памятью для каждого процессора (16 Мбайт) и глобальной общей для всех процессоров памятью (2 Гбайт) появился в 1985 г. Ключевой фигурой в его создании был Борис Арташесович Бабаян, окончивший Московский физико-технический институт (в 1957 г.) Параллельно с развитием Эльбрусов в 80-е годы разрабатывались матричные процессоры ПС-2000 и ПС-3000. Однако громоздкие Эльбрусы, несмотря на использование в них ряда интересных архитектурных решений, проигрывали зарубежным суперкомпьютерам из-за несовершенной элементной базы.
Рис. 2. В.С.Бурцев
В 1986 году вышло постановление правительства СССР о создании вычислительного комплекса "Эльбрус-90 микро". Обязательным условием было использование в новой разработке только отечественных решений, элементной базы и программного обеспечения. К 1990 году микропроцессор для "Эльбрус-90 микро" был спроектирован, началась подготовка к его изготовлению в Зеленограде. Но в стране начались политические и экономические преобразования, обрушившие электронную промышленность. Большинство разработчиков из ИТМиВТ ушло, часть из них оказалась в компании МЦСТ, созданной Б.А.Бабаяном. Именно в МЦСТ (научный руководитель Б.А.Бабаян, генеральный директор Александр Ким), входящей в группу компаний Эльбрус, были продолжены работы над компьютерами семейства Эльбрус.
Рис. 3. Б.А.Бабаян
В конце 1997 года были завершены заводские, а в 1998-м — государственные испытания "Эльбруса-90 микро", утверждена документация для серийного производства, изготовлена опытная партия. "Эльбрус-90 микро" отличается от предыдущих Эльбрусов несравненно меньшими габаритами и большей надежностью.
Дальнейшие разработки МЦСТ — микропроцессор E2k, создаваемый по архитектуре EPIC (командные слова по 512 бит) и 0,13 мкм технологии стандартных блоков, и суперЭВМ Эльбрус-3М с производительностью 8 млрд операций/с на один процессор. Эти решения полностью отечественные, хотя заказы на производство микропроцессоров E2k размещаются в Израиле и на Тайване.
В 2004 г. коллектив разработчиков Эльбрусов во главе с Б.А.Бабаяном перешел на работу в компанию Intel.
Современные отечественные суперЭВМ строятся на зарубежной элементной базе.
В 2002 г. в список 500 наиболее производительных компьютеров мира (Тор500) впервые вошел российский суперкомпьютер, заняв 74-е место. Это суперкомпьютер МВС-1000М , установленный в Межведомственном суперкомпьютерном центре (создан в 1996 году совместным решением Российской академии наук, Министерством науки и технологии, Министерством образования и Российским фондом фундаментальных исследований) и имеющий производительность 735 Gflops. Его разработка велась под руководством В.К.Левина. В состав МВС-1000М входят 5 вычислительных узлов, один управляющий узел, коммутирующая сеть Myrinet. Суперкомпьютер построен на процессорах Alpha, число процессоров 768. Объем оперативной памяти системы — 768 Гбайт. Система работает под управлением операционной системы Red Hat Linux 6.2, поддерживающей многопроцессорные системы.
Рис. 4. МВС-1000М
В списке Тор500 2004 года на 210 месте значится новый российский компьютер МВС-5000БМ производительностью 1,4 Tflops, выполненный как BladeServer на 336 микропроцессорах PowerPC 1,6 ГГц, коммутирующая система Myrinet.
Отрадно, что в этом списке на 98-м месте появился установленный в Белоруссии компьютер СКИФ К-1000 с производительностью в 2 Tflops, в создании которого участвовали около 20 российских и белорусских предприятий, включая Институт программных систем РАН. Он выполнен на микропроцессорах Opteron 2,2 ГГц, коммутирующая система построена на основе технологии Infiniband.
В 2008 г. в России построен суперкомпьютер "СКИФ МГУ " (рис. 5) в рамках совместной с Беларуссией программы "СКИФ-ГРИД". Его пиковая производительность 60 Tflops, а производительность на тесте Linpack — 47 Tflops, в нем использованы 1250 четырехъядерных процессоров Intel Xeon E5472. Оперативная память 5,5 Тбайт, системная - InfiniBand, площадь 96 м 2 , потребляемая мощность - 330 кВт. Научным руководителем программы "СКИФ-ГРИД" является С.Абрамов (рис. 6).
В последней редакции списка самых мощных компьютеров в СНГ первое место занял суперкомпьютер «СКИФ МГУ» — совместная разработка МГУ, Института программных систем РАН и компании «Т-Платформы», выполненная в рамках суперкомпьютерной программы «СКИФ-ГРИД» Союзного государства России и Белоруссии.
Весной этого года Научно-исследовательский вычислительный центр МГУ им. М. В. Ломоносова и Межведомственный суперкомпьютерный центр РАН опубликовали очередную редакцию списка самых мощных компьютеров в странах СНГ — Тор50. Суммарная производительность систем в тесте Linpack за полгода выросла с 61,6 TFLOPS (триллионов операций в секунду) до 197,3 TFLOPS (на 220%) —это беспрецедентный рост за все время существования списка. В целом доля новых систем в Тор50 (включая системы, модернизированные за последние полгода) составила 56% (28 из 50). Наибольшие изменения по сравнению с прошлой редакцией произошли в верхней части списка. Так, полностью обновилась первая пятерка самых мощных суперкомпьютеров СНГ, а их суммарная производительность в тесте Linpack выросла до 117,1 TFLOPS (на 275%) с 31,2 TFLOPS для пяти самых мощных систем полгода назад.
Первое место в списке занял суперкомпьютер «СКИФ МГУ», совместная разработка МГУ, Института программных систем (ИПС) РАН и компании «Т-Платформы» (www.t-platforms.ru), выполненная в рамках суперкомпьютерной программы «СКИФ-ГРИД» Союзного государства при поддержке корпорации Intel (www.intel.com). Компьютер установлен в НИВЦ МГУ; производительность его в тесте Linpack составляет 47,14 TFLOPS (78,5% от пиковой).
На втором месте в новой редакции списка находится суперкомпьютер МВС-100К, созданный по технологиям корпорации HP (www.hp.com) и установленный в Межведомственном суперкомпьютерном центре РАН. Его производительность в тесте Linpack составила 33,9 TFLOPS. На 3-м и 5-м местах списка две системы на платформе IBM (www.ibm.com), установленные соответственно в Уфимском государственном авиационном техническом университете (производительность в тесте Linpack 14,6 TFLOPS) и в Сибирском федеральном университете в Красноярске (9,3 TFLOPS). На 4-м месте новой редакции оказалась система «СКИФ Урал» производства компании «Т-Платформы» (www.t-platforms.ru), установленная в Южно-Уральском Государственном Университете (Челябинск) с производительностью в тесте Linpack 12,2 TFLOPS. Только 6-е место в списке занял лидер двух предыдущих редакций — суперкомпьютер «СКИФ Cyberia» компании «Т-Платформы» с производительностью 9 TFLOPS, установленный в Томском государственном университете. Всего же в первой десятке списка по сравнению с прошлой редакцией удержались только две системы — это самое существенное изменение за все время существования Top50.
Количество компьютеров «терафлопного диапазона» (с реальной производительностью более 1 TFLOPS) на территории СНГ за прошедшие полгода практически удвоилось — с 13 до 25, а нижняя граница первой десятки по производительности поднялась с 1,3 до 5,2 TFLOPS (на 300%). Для попадания в список Тоp50 теперь требуется производительность в тесте Linpack не менее 432 GFLOPS (253,6 GFLOPS в предыдущей редакции). Быстро растет доля систем, используемых в науке и образовании (с 38 до 58%), а доля систем, ориентированных на конкретные прикладные исследования, осталась равной 28%. В то же время уменьшилось количество систем, работающих на промышленных предприятиях (с 16 до 10%) и в финансовой сфере (с 18 до 4%). Продолжается рост числа систем в списке, построенных на процессорах Intel (с 31 до 38). В Top50 также входит шесть систем, построенных на процессорах AMD (девять в предыдущей редакции), пять систем на базе процессоров IBM (их число не изменилось) и одна система на базе платформы HP (пять в прошлом списке). Заметно уменьшилось число компьютеров, использующих для взаимодействия узлов лишь коммуникационную сеть Gigabit Ethernet, — с 20 систем в предыдущей редакции до девяти в нынешней. Расширяется использование высокоскоростных коммуникационных технологий: InfiniBand (с 20 до 31 системы) и Myrinet (с шести до восьми систем). Еще по одной системе построено на базе коммуникационных технологий SCI и HyperPlex.
По количеству систем, входящих в список, укрепила свои позиции компания «Т-Платформы», увеличившая долю своих суперкомпьютеров в списке с 30 до 46% (с учетом компьютеров СКИФ, поставленных компанией и разработанных с ее определяющим участием). Как известно, «Т-Платформы» — ведущий российский разработчик и производитель комплексных решений для высокопроизводительных вычислений и центров обработки данных; в спектре ее продуктов — кластерные системы и суперкомпьютеры с общей памятью, серверы, системы хранения данных, специализированное ПО. Это единственная отечественная компания, три собственных решения которой вошли в список самых мощных компьютеров мира Тор500 (www.top500.org). В июне 2003 г. компания «Т-Платформы» совместно с ИПС РАН открыла в Москве Центр кластерных технологий (ЦКТ), где заказчики могут оценить эффективность высокопроизводительного комплекса при решении именно тех задач, для которых он приобретается. ЦКТ предлагает полный комплекс услуг для пользователей высокопроизводительных вычислений — от проектирования максимально выгодного комплексного решения до разработки и адаптации приложений, обучения и консультирования специалистов заказчика, аренды машинного времени и оборудованных площадей.
Год назад ИПС РАН, НИВЦ МГУ, корпорация Intel и компания «Т-Платформы» анонсировали программу «СКИФ Университеты» по оснащению отечественных вузов суперкомпьютерами СКИФ. В рамках государственной суперкомпьютерной программы «СКИФ-ГРИД» разрабатываются новые приложения для суперкомпьютеров и grid-сетей, методы их применения, создается отечественная элементная база и суперкомпьютеры высшего диапазона производительности на базе новейших технологий. Программа формирует технологическую основу для обеспечения роста научного и экономического потенциала России и Белоруссии. Однако этой цели можно достичь только при наличии специалистов, умеющих использовать новые технологии для решения реальных научных и промышленных задач. Программа «СКИФ Университеты» должна обеспечить вузы необходимым инструментарием — суперкомпьютерами СКИФ — для подготовки таких специалистов. Эта программа позволит отечественным вузам воспользоваться опытом создания суперкомпьютерных конфигураций, оптимизированных для задач вузов, накопленным при выполнении программ «СКИФ» и «СКИФ-ГРИД». За семь лет развития суперкомпьютеры СКИФ перешли из разряда штучных изделий в разряд массовых продуктов, надежных и простых во внедрении. Компания «Т-Платформы» в партнерстве с Intel обеспечивает участников программы комплексными решениями на базе четырехъядерных процессоров Intel с полным комплектом ПО Intel для управления кластерами и разработки приложений. За обучение и переподготовку специалистов в самом мощном суперкомпьютерном центре страны отвечает НИВЦ МГУ, а ИПС РАН обеспечивает программную поддержку в решении реальных задач.
Что такое Тор50Совместный проект МСЦ и НИВЦ МГУ по формированию списка 50 наиболее мощных компьютеров СНГ стартовал в мае 2004 г. В рейтинг Тор50 (www.supercomputers.ru) входят 50 наиболее мощных вычислительных систем среди установленных на территории стран СНГ. Системы ранжируются по показателям реальной производительности, полученным в тестах Linpack в соответствии с мировым стандартом. Рейтинг Тор50 обновляется два раза в год и позволяет оперативно отслеживать тенденции развития суперкомпьютерной отрасли в СНГ. Генеральный спонсор проекта — компания «Т-Платформы». Спонсоры рейтинга Тор50 — корпорации AMD, IBM, Intel и Microsoft.
Приобретение суперкомпьютеров СКИФ производства компании «Т-Платформы» в рамках программы «СКИФ Университеты» предполагает также участие в «СКИФ Полигон» — крупной научной grid-сети, формируемой программой «СКИФ-ГРИД» в России и Белоруссии. Вместе с суперкомпьютером СКИФ учебное заведение получает доступ к неизмеримо более мощным вычислительным ресурсам всех суперкомпьютерных центров «СКИФ Полигон». В него входят мощнейшие суперкомпьютеры двух стран, установленные, в частности, в МГУ им. Ломоносова, Томском, Южно-Уральском, Владимирском, Белгородском, Санкт-Петербургском университетах, Объединенном институте проблем информатики НАН Белоруссии и во многих других. По разным оценкам, уже к середине этого года суммарная мощность grid-сети «СКИФ Полигон» составила более 100 TFLOPS. В дальнейшем ее ресурсы будут расширены за счет сопряжения с глобальными научными grid-сетями. Доступ к вычислительным ресурсам глобальной grid-сети открывает возможности решения самых ресурсоемких научных задач, таких, как разработка наноматериалов и наноустройств, исследования в ядерной физике и молекулярной динамике, разработка лекарств, предсказание глобальных изменений климата, космические и инженерные исследования. Партнеры «СКИФ Полигон» получат возможность немедленно использовать все новейшие разработки исполнителей программы «СКИФ-ГРИД», а также знания и опыт лучших специалистов двух стран в области параллельных вычислений и grid-технологий.
Российские блейд-технологииВ марте 2008 г. суперкомпьютерный парк Научно-исследовательского вычислительного центра МГУ пополнился кластером с пиковой производительностью 60 TFLOPS на базе 1250 четырехъядерных процессоров Intel Xeon, произведенных по 45-нм техпроцессу. По оценкам экспертов, на момент поставки эта система стала самой мощной законченной суперкомпьютерной установкой в России и СНГ и позволила МГУ занять место в десятке самых мощных научно-образовательных вычислительных центров мира.
Престижная наградаНа прошедшей в апреле в Риме конференции Intel Solutions Summit 2008 компания «Т-Платформы» получила награду «За внедрение четырехъядерных процессоров Intel Xeon на базе 45-нм техпроцесса». Ежегодная конференция Intel Solutions Summit — важнейшее событие для участников программы Intel Premier Provider. На этом мероприятии корпорация Intel делится своим опытом и предоставляет ресурсы и средства для развития и расширения бизнеса. На саммите организуется эксклюзивная выставка достижений участников маркетинговых программ, на которой демонстрируются самые современные и инновационные решения на базе технологий Intel.
Строительство нового суперкомпьютерного комплекса для МГУ — этап суперкомпьютерной программы «СКИФ-ГРИД» Союзного государства России и Белоруссии. Эта крупнейшая в мире установка на базе процессоров Intel нового поколения стала центральным элементом научной суперкомпьютерной сети «СКИФ Полигон», формируемой государственной программой «СКИФ-ГРИД».
В качестве вычислительных узлов суперкомпьютера для МГУ применяются первые блейд-системы российской разработки, «с нуля» сконструированные инженерами «Т-Платформы» и предназначенные специально для высокопроизводительных вычислений. Шасси T-Blade имеет высоту всего 5U и вмещает 20 четырехъядерных процессоров Intel Xeon E5472 c частотой 3,0 ГГц, позволяя достичь концентрации вычислительной мощности в 7,68 TFLOPS в стандартной 19-дюйм стойке. Это на 18% лучше, чем у самого плотного на данный момент конкурирующего блейд-решения на базе процессоров Intel западного производства. Системы T-Blade также стали единственными на тот момент блейд-решениями в отрасли с интегрированной поддержкой нового НМС Intel 5400 с увеличенной до 1600 МГц частотой системной шины, совместимыми с памятью DDR2-800. Это дало решению «Т-Платформы» выигрыш до 30% в производительности реальных приложений по сравнению с представленными на рынке вычислительными системами мировых поставщиков. За счет использования инновационных технологий Intel и оригинального термодизайна энергопотребление систем T-Blade составляет не более 435 Вт на модуль в максимально производительной конфигурации, что на 12% лучше, чем у лидирующего на данный момент западного блейд-решения аналогичной производительности на базе процессоров Intel.
В отличие от представленных на российском рынке блейд-систем, где выбор межсоединений и других внешних устройств ограничен типом установленных нестандартных промежуточных карт от самого производителя, системы T-Blade совместимы с любыми стандартными адаптерами сетевых устройств благодаря слотам расширения PCI-Express 2.0. Эта особенность не только оптимизирует стоимость узла и обеспечивает гибкость при конфигурировании кластерных решений, но в перспективе дает пользователям существенный выигрыш в производительности. Так, поддержка самой быстрой в отрасли технологии интерконнекта QDR InfiniBand увеличивает пропускную способность сетевых интерфейсов каждого модуля T-Blade до 40 Гбит/с.
Программа exCellenT-PlatformsВ прошлом году компания «Т-Платформы» объявила о начале реализации программы exCellenT-Platforms. Основная цель этого проекта заключается в разработке и внедрении широкой линейки собственных комплексных решений на базе инновационных восьмиядерных процессоров IBM Cell Broadband Engine, а также активное объединение и развитие сообществ разработчиков, с тем чтобы ускорить реализацию внутренних возможностей архитектуры Cell в отечественных программных разработках. По мнению специалистов компании, наличие столь мощных вычислительных решений параллельной обработки данных позволит российской науке сделать большой шаг к новым открытиям и внесет значительный вклад в развитие экономики страны.
Напомним, что процессор IBM Cell Broadband Engine был разработан альянсом Sony Group, Toshiba и IBM в центре STI Cell Design Center в Остине (шт. Техас, США). В его архитектуре используется управляющий процессор на базе архитектуры Power, совместно с которым работают несколько высокопроизводительных процессорных элементов Synergistic Processor Element (SPE) с архитектурой SIMD, и широкий набор команд DMA для эффективного обмена между процессорными элементами. За последнее время появилось несколько продуктов, реализующих нетрадиционные архитектуры многоядерных процессоров, перспективные для эффективной работы широкого класса приложений. В частности, одна из таких перспективных технологий — использование встроенной локальной буферной памяти для каждого процессорного ядра и обеспечение механизмов прямого доступа из нее к основной памяти системы и к буферной памяти других процессорных ядер. Одним из основных направлений разработки станет привязка новых технологий к существующим отраслевым стандартам, что значительно сократит расходы на разработку отдельных элементов изделия и расширит область его применения за счет стандартных дополнительных компонентов. Решения на базе архитектуры Cell обеспечивают лучшее соотношение цена/производительность для широкого класса реальных приложений по сравнению с решениями на основе процессоров х86. На базе новой архитектуры планируется внедрить широкую линейку продуктов для применения в области финансовых технологий, в промышленности, молекулярной биологии, медицине, разработке лекарств, развитии нанотехнологий, в аэрокосмических и военных исследованиях, высокопроизводительных вычислений и для создания коммуникационных приложений.
В рамках комплексной программы exCellenT-Platforms планируется создать не только собственный дистрибутив ОС Linux с коммерческой поддержкой, оптимизированный под архитектуру Cell, но и адаптированные прикладные пакеты, с тем чтобы в полной мере использовать параллелизм процессора Cell. Решение компании «Т-Платформы» будет представлять собой унифицированный двухпроцессорный вычислительный модуль в стандартном форм-факторе (в том числе сервер 1U) с особой архитектурой, позволяющей подключать стандартные периферийные устройства (PCI-Express). В рамках программы будут разработаны и выведены на рынок России и СНГ решения, многократно увеличивающие производительность целого ряда приложений.
Бюджет двухлетнего проекта exCellenT-Platforms составит в общей сложности 500 млн руб., из которых 210 млн — собственные средства компании «Т-Платформы», а остальное — привлеченные средства и гранты. Подобные проекты освоения и коммерциализации перспективных технологий создают базу для дальнейшего развития в России собственных стратегически важных технологий и, как следствие, укрепления конкурентоспособности и независимости отечественной экономики.
Программа «СКИФ-ГРИД»: итоги первого этапаСуперкомпьютерная программа «СКИФ-ГРИД» (2007—2010 гг.), финансируемая в размере более 1 млрд руб. из бюджета Союзного государства и заинтересованных предприятий, нацелена на разработку и внедрение отечественных средств создания grid-сетей и суперкомпьютеров высшего диапазона производительности. Важнейшим итогом первого этапа программы стала разработка отечественных аппаратных и программных решений для суперкомпьютеров СКИФ ряда 3. Эти решения были впервые применены при строительстве самого мощного в России, странах СНГ и Восточной Европы суперкомпьютера «СКИФ МГУ», а также самого производительного в регионе Урала, Дальнего Востока и Сибири суперкомпьютера «СКИФ Урал» в Южно-Уральском госуниверситете. Эти суперкомпьютеры вместе с установкой «СКИФ Мономах» Владимирского госуниверситета входят в распределенную вычислительную систему «СКИФ Полигон», суммарная производительность которой к июню нынешнего года достигла 100 TFLOPS.
Среди оригинальных российских решений для суперкомпьютеров СКИФ ряда 3 нужно отметить первые в отрасли отечественные блейд-системы T-Blade производства компании «Т-Платформы», разработанную в ИПС РАН систему мониторинга для кластеров с единым Web-интерфейсом на базе новой платы сервисной сети ServNet, а также средства разработки параллельных приложений OpenTS, российский дистрибутив ОС Linux от компании ALT Linux, систему организации распределенных вычислений в разнородных grid-средах X-Com разработки НИВЦ МГУ. Блейд-системы «Т-Платформы», служащие в качестве вычислительных узлов для суперкомпьютера «СКИФ МГУ», не только используют новейшие технологии Intel, такие, как четырехъядерные процессоры Intel Xeon Е54хх на базе 45-нм техпроцесса и НМС Intel 5400, но в отличие от других систем в этом форм-факторе уже сегодня обеспечивают совместимость со стандартами завтрашнего дня. Модули T-Blade совместимы с новым поколением системных плат и НМС Intel для процессоров следующего поколения Nehalem, а благодаря интеграции стандартных слотов расширения PCI-Express они поддерживают новое поколение интерконнекта QDR InfiniBand. Таким образом, эти системы уже сегодня формируют базу следующего, 4-го поколения суперкомпьютеров СКИФ.
О программе «СКИФ ГРИД»Суперкомпьютерная программа «СКИФ-ГРИД» Союзного государства России и Белоруссии («Разработка и использование программно-аппаратных средств grid-технологий перспективных высокопроизводительных (суперкомпьютерных) вычислительных систем семейства СКИФ) утверждена в апреле 2007 г. со сроком исполнения в 2010 г. Программа имеет целью развитие и поддержку оригинальных отечественных технологий высокопроизводительных вычислений, в том числе оригинальных средств для создания сервис-ориентированных grid-систем; разработку суперкомпьютеров семейства СКИФ (ряд 3 и ряд 4) и ПО для них; развертывание экспериментальной grid-системы «СКИФ-Полигон», объединяющей ресурсы нескольких отечественных суперкомпьютерных центров; выполнение ряда пилотных проектов. Государственные заказчики и координаторы союзной программы — Национальная академия наук Белоруссии и российское Федеральное агентство по науке и инновациям.
Партнерство с лидирующими производителями, такими, как Intel, дает возможность использовать в решениях СКИФ передовые достижения индустрии еще на этапе разработки. Intel обеспечивает исполнителям программы ранний доступ к программным и аппаратным новинкам, помощь в оптимизации ПО СКИФ для новых процессоров и запуске задач в распределенных grid-средах, специальные предложения для вузов по программе «СКИФ Университеты». Важно, что в «СКИФ МГУ» применена первая в России полнофункциональная программно-аппаратная система мониторинга разработки ИПС РАН, позволяющая удаленно управлять системой через единый иерархический Web-интерфейс на всех уровнях — от распределения процессорного времени для различных задач и управления нагрузкой системы хранения на верхнем уровне до контроля температуры, состояния блоков питания и автоматического изменения скорости вращения вентиляторов на вычислительных узлах. Вместе с оригинальным дистрибутивом ОС от ALT Linux, интегрирующим весь необходимый для работы кластера набор системного ПО, это решение позволит российским суперкомпьютерам удовлетворять самые высокие требования к управляемости и простоте использования.
Одна из сложнейших задач при строительстве мощных вычислительных установок СКИФ ряда 3 — организация надежной инженерной инфраструктуры суперкомпьютерных центров. Для «СКИФ МГУ», потребляющего до 720 кВт электроэнергии, спроектирована сложная система бесперебойного питания и охлаждения с использованием решений APC InfraStruXture. Только эти решения смогли обеспечить бесперебойное охлаждение 14 вычислительных стоек суперкомпьютера с энергопотреблением 28 кВт каждая.
Суперкомпьютеры семейства СКИФ создают новые возможности для решения научных задач, как фундаментальных, так и прикладных. Например, при помощи суперкомпьютеров в НИВЦ МГУ прогнозируют изменения в распределении вечной мерзлоты на территории России, что в конечном счете позволит предсказывать развитие и последствия глобального потепления. Огромных вычислительных ресурсов требуют задачи молекулярной биологии. Благодаря высокопроизводительным вычислениям специалистам НИВЦ менее чем за полтора года удалось найти несколько новых соединений для создания лекарства от смертельно опасных тромбозов и пройти путь от их синтеза и лабораторных исследований до предклинических испытаний.
Использование суперкомпьютерных мощностей позволяет вести работы в области новейших технологий, например, в разработке топливных элементов с использованием наноструктурированных материалов, позволяющих напрямую получать электрическую энергию из реакций водорода или метанола. Высокопроизводительные вычисления приобретают все большее значение и для проблем, непосредственно связанных с качеством жизни населения. Так, уже сегодня решаются задачи распространения загрязнений в городе, а также задачи, связанные с планированием градостроительных работ: благодаря компьютерному моделированию удается быстро определить скрытые под землей полости и дефекты конструкций.
Суперкомпьютер «СКИФ МГУ»В марте 2008 г. МГУ им. М. В. Ломоносова, ИПС РАН и компания «Т-Платформы» объявили о завершении строительства самого мощного в России, странах СНГ и Восточной Европы суперкомпьютера «СКИФ МГУ» в рамках суперкомпьютерной Программы «СКИФ-ГРИД». Пиковая производительность этого суперкомпьютера, построенного на базе 625 блейд-серверов производства «Т-Платформы» с 1250 четырехъядерными процессорами Intel Xeon E5472, составила 60 TFLOPS. Реальная производительность системы в тесте Linpack составила 47,04 TFLOPS, или 78,4% от пиковой — это лучший показатель эффективности среди всех систем на базе четырехъядерных процессоров Intel Xeon из первой сотни мирового списка Тор500. Реальная производительность суперкомпьютера «СКИФ МГУ» на тот момент соответствовала 22 позиции текущего рейтинга Тор500, что было абсолютным рекордом для России. Коме того, «СКИФ МГУ» стал седьмым по мощности среди всех суперкомпьютеров, использующихся в мировой системе образования. Московский университет первым среди высших учебных заведений России начал создавать мощные комплексы для современных супервычислений, основанных на совершенно новых на тот момент кластерных технологиях. Созданный в 1999 г. в МГУ кластер стал первым в системе образования и науки России.
Суперкомпьютер «СКИФ МГУ» построен на базе новейших технологических решений отрасли и использует целый ряд российских разработок, созданных в рамках суперкомпьютерных программ «СКИФ» и «СКИФ-ГРИД» Союзного государства. Основу суперкомпьютера составляют блейд-модули T-Blade от компании «Т-Платформы», позволяющие разместить 20 четырехъядерных процессоров Intel Xeon с частотой 3,0 ГГц в шасси высотой всего 5U и обеспечивающие наибольшую вычислительную плотность среди всех представленных на рынке блейд-решений на базе Intel. Напомним, что это первые блейд-решения в отрасли с интегрированной поддержкой НМС Intel 5400, что дает выигрыш в производительности реальных приложений до 30% и совместимость со следующим поколением процессоров Intel. Модули T-Blade также поддерживают любые стандартные виды интерконнекта и других внешних устройств благодаря слоту расширения PCI-Express 2.0. В качестве системной сети использована технология DDR InfiniBand с микросхемами компании Mellanox четвертого поколения. Архитектура этой реализации InfiniBand не только сокращает время задержки при передаче сообщений до 1,2 мкс и улучшает масштабируемость приложений, но и обеспечивает совместимость с новым, вдвое более производительным стандартом QDR InfiniBand. Таким образом, архитектура «СКИФ МГУ» уже сегодня ориентирована на технологии ближайшего будущего и позволяет легко и экономично модернизировать процессоры и интерконнект без замены блейд-модулей. Данная архитектура и технические решения приняты как базовые для ряда 4 суперкомпьютерного семейства СКИФ.
«СКИФ МГУ» впервые стал использовать российские программные средства для кластерных систем, создаваемые в рамках программы «СКИФ-ГРИД» и включающие специально разработанный кластерный дистрибутив ОС Linux, а также систему мониторинга и управления, которая объединяет информацию обо всех подсистемах суперкомпьютера в едином Web-интерфейсе. Инновационные программные разработки ИПС РАН и НИВЦ МГУ (OpenTS и X-Com) существенно упрощают разработку параллельных приложений и позволяют организовать распределенные вычисления с помощью разнородных вычислительных ресурсов.
«СКИФ МГУ» — законченное сбалансированное решение, включающее систему хранения данных с параллельной файловой системой T-Platforms ReadyStorage ActiveScale Cluster объемом 60 Тбайт, ленточную систему резервного копирования данных, выделенную подсистему мониторинга и управления с дублированием, подсистему бесперебойного электропитания и охлаждения с уровнем резервирования N+1. Параметры и состав всех подсистем подобраны таким образом, чтобы обеспечить максимальную эффективность выполнения пользовательских приложений. Так, система содержит вычислительные узлы с различными объемами памяти и дискового пространства для наиболее производительной работы различных приложений с индивидуальными требованиями к ресурсам. Большая часть вычислительных узлов не содержит жестких дисков, что улучшает отказоустойчивость системы. Бездисковая загрузка ОС в свою очередь упрощает администрирование: при любых обновлениях достаточно изменить только единый образ ОС на управляющем узле.
Общее энергопотребление суперкомпьютера в стандартном режиме составляет 520 кВт и может достигать 720 кВт при теоретически возможной пиковой нагрузке — этого хватит для отопления нескольких многоквартирных домов. Вся эта мощность сосредоточена на площади менее чем в 100 кв. м, причем температура в суперкомпьютерном центре не превышает 20°С. Для отвода тепла инженеры «Т-Платформы» спроектировали модульную систему охлаждения с герметичным «горячим коридором» между стойками с вычислительными узлами. Решение гарантирует отвод до 30 кВт тепловой энергии от каждой стойки, имеет уровень резервирования всех компонентов N+1 и в аварийном случае поддерживает температурный режим в помещении не менее 10 мин.
Новый суперкомпьютер для НИВЦ МГУ создан по плану работ суперкомпьютерной программы «СКИФ-ГРИД» на объединенные средства МГУ им. Ломоносова и программы «СКИФ-ГРИД», финансируемой из бюджета Союзного государства. Общая стоимость комплексного проекта составила 231 млн руб.
Суперкомпьютер «СКИФ Мономах»Компания «Т-Платформы», Владимирский государственный университет, ИПС РАН и корпорация Intel объявили об установке в университете суперкомпьютера семейства СКИФ на базе 128 четырехъядерных процессоров Intel Xeon серии 5345. Пиковая производительность «СКИФ Мономах» составила 4,7 TFLOPS, что позволило ему занять 12 место в рейтинге Top50 в СНГ. «СКИФ Мономах» станет основой лаборатории высокопроизводительных вычислений университета и даст ученым ВлГУ возможность участвовать в работе крупной научной grid-сети «СКИФ Полигон». Суперкомпьютер поставлен в рамках совместной программы «СКИФ Университеты», реализуемой компанией «Т-Платформы», ИПС РАН, НИВЦ МГУ им. Ломоносова и корпорацией Intel.
Суперкомпьютер на базе 64 четырехпроцессорных узлов с новыми процессорами Intel и системной сети InfiniBand укомплектован набором системного ПО, компиляторами Intel с языков Fortran и C/C++, средствами оптимизации Intel VTune Performance Analyzer 8.0, а также прикладными программными пакетами для промышленного моделирования ANSYS Mechanical, ANSYS CFD и DEFORM-3D.
Новый суперкомпьютер позволит университету готовить специалистов по высокопроизводительным вычислениям для региональной промышленности, а также проводить прикладные исследования и расчеты в интересах предприятий области. В числе таких «заказных» проектов на ближайшее будущее — целый ряд исследований в области радиоэлектроники, например, моделирование топологии интегральных схем на базе субмикронных технологий, моделирование дефектов для специализированных интегральных схем, анализ алгоритмов кодирования и шифрования для систем связи третьего и четвертого поколений, моделирование карты расположения и векторов направленности приемопередатчиков базовых станций, обеспечивающих устойчивую мобильную связь. Благодаря участию в распределенной сети «СКИФ Полигон» и совместной работе с лучшими командами СНГ в области высокопроизводительных вычислений ученые ВлГУ смогут быстрее и эффективнее использовать все возможности суперкомпьютера.
Среди приоритетных направлений использования «СКИФ Мономах» — инженерные промышленные расчеты для оптимизации процессов металлообработки и дизайна в машиностроении, медицинские исследования для создания искусственных органов и других биотехнических устройств. Руководство университета уделяет большое внимание развитию методов использования высокопроизводительных вычислений для решения экологических задач области, таких, как моделирование последствий прорыва плотины или аварий на химических предприятиях, прогнозы распространения лесных пожаров и загрязнений водной среды.
Российские ученые представили разработку, которая, по их словам, должна кардинально изменить жизнь человечества. Созданием квантовых компьютеров, способных работать в миллионы раз быстрее современных операционных систем, занимаются крупнейшие технологические корпорации мира. Но они уже признали победу коллег.
Это казалось фантастикой еще вчера - квантовые компьютеры, способные обогнать все существующие устройства. Они настолько мощные, что могут или открыть человечеству новые горизонты, или обрушить все системы безопасности, потому что смогут взломать их.
«Квантовый компьютер функционирующий, он гораздо страшнее атомный бомбы», - считает генеральный директор компании Acronis, сооснователь Российского квантового центра Сергей Белоусов.
В разработку вкладываются крупнейшие корпорации: Google, IBM, Microsoft, Alibaba. Но сегодня в центре внимания - Михаил Лукин, физик из Гарварда и один из основателей Российского квантового центра. Его команде удалось создать самый мощный на данный момент квантовый компьютер.
«Это одна из самых больших квантовых систем, которые были созданы. Мы входим в тот режим, где уже классические компьютеры не могут справится с вычислениями. Делаем маленькие открытия уже, увидели новые эффекты, которые не ожидались теоретически, которые мы сейчас можем, мы пытаемся понять, мы даже до конца их не понимаем», - рассказывает профессор Гарвардского университета, сооснователь Российского квантового центра Михаил Лукин.
Все - из-за мощности таких устройств. Расчеты, которые на сегодняшнем суперкомпьютере займут тысячи лет, квантовый может сделать в один миг.
Как это работает? В обычных компьютерах информация и вычисления - это биты. Каждый бит - либо ноль, либо единица. Но квантовые компьютеры основаны на кубитах, а они могут находиться в состоянии суперпозиции, когда каждый кубит - одновременно и ноль, и единица. И если для какого-нибудь расчета обычным компьютерам нужно, грубо говоря, выстроить последовательности, то квантовые вычисления происходят параллельно, в одно мгновение. В компьютере Михаила Лукина таких кубитов - 51.
«Во-первых, он сделал систему, в которой больше всего кубитов. На всякий случай. На данный момент, я думаю, это больше чем в два раза больше кубитов, чем у кого-либо другого. И он специально сделал 51 кубит, а не 49, потому что Google все время говорил, что сделает 49», - объясняет гендиректор компании Acronis, сооснователь Российского квантового центра Сергей Белоусов.
Создание самого мощного квантового компьютера пророчили ему. Джон Мартинес - руководитель крупнейшей в мире квантовой лаборатории корпорации Google. И свой 49-кубитный компьютер он планировал закончить только через несколько месяцев.
«22 кубита - это максимум, что мы смогли сделать, мы использовали все свое волшебство и профессионализм», - рассказывает он.
Мартинес и Лукин выступили на одной сцене - в Москве, на Четвертой международной квантовой конференции. Впрочем, соперниками ученые себя не считают.
«Неправильно думать об этом, как о гонке. Настоящая гонка у нас с природой. Потому что это действительно сложно - создать квантовый компьютер. И это просто захватывающе, что кому-то удалось создать систему с таким большим количеством кубитов», - говорит глава лаборатории «Квантовый искусственный интеллект» компании Google Джон Мартинес.
Но для чего нам понадобятся квантовые компьютеры? Даже сами их создатели не знают наверняка. С их помощью могут быть разработаны совершенно новые материалы, сотни открытий в физике и химии. Квантовые компьютеры - пожалуй, единственное, что может приоткрыть тайну человеческого мозга и искусственного интеллекта.
«Когда совершается научное открытие, его создатели не представляют всю мощь, которую оно принесет. Когда придуман был транзистор, то никто не представлял, что на этом транзисторе построятся компьютеры», - говорит директор Российского квантового центра Руслан Юнусов.
Один из первых компьютеров был создан в 40-х годах ХХ века и весил 27 тонн. Если сравнить с современными устройствами, то обычный смартфон по мощности - это как 20 000 таких машин. И это за 70 лет прогресса. Но если наступит эра квантовых компьютеров, уже наши потомки будут удивляться, как вообще пользоваться этим антиквариатом.
15.11.2017, СР, 20:03, Мск, Текст: Валерия Шмырова
Суперкомпьютер JURECA российского производителя «Т-платформы» занял 29 место в Топе-500 суперкомпьютеров мира. Установка работает в суперкомпьютерном центре в Юлихе, Германия.
Суперкомпьютер JURECA, созданный российской компанией «Т-платформы» и работающий в немецком суперкомпьютерном центре в Юлихе, поднялся на 29 место в рейтинге Топ-500 самых мощных вычислительных систем мира. Топ-500 составляется два раза в год экспертами из американского Государственного научно-исследовательского вычислительного центра Министерства энергетики, а также из университетов Мангейма и Теннеси. Ранжирование суперкомпьютеров в нем происходит в соответствии с их уровнем производительности, продемонстрированной на стандартном тесте Linpack.
Обнародование результатов происходит на двух крупнейших тематических выставках-конференциях: в июне в Германии и в ноябре в США. В 49 рейтинге, обнародованном в июне 2017 г., JURECA занимал 80 место. В только что увидевшем свет юбилейном 50 рейтинге он поднялся на 29 строчку. По словам разработчиков, суперкомпьютер входит в тройку мощнейших вычислительных систем Германии. Его производительность на тесте Linpack достигает 3,78 PFlop/s, пиковая производительность - 6,56 PFlop/s.
Причины успехаКак пояснили по просьбе CNews в компании «Т-платформы», подъемом в рейтинге JURECA обязана тому, что в 2017 г. в Юлихе был построен так называемый бустер, то есть ускоритель. Он представляет собой отдельную систему, в которой используются ускорители Intel Phi 7250-F и интерконнект Intel Omnipath. Аппаратные платформы были созданы Intel, а интеграционными работами занималась компания Dell.
После этого в Юлихе появилась возможность объединить в одну систему кластер на стандартной процессорной архитектуре с интерконнектом InfiniBand, то есть собственно JURECA, и бустер на акселераторах и интерконнекте Omnipath. Теперь кластер и бустер могут обмениваться данными, и вся система одновременно может работать над выполнением одной общей задачи. Объединение было проведено при участии Intel, концепция принадлежит директору суперкомпьютерного центра Юлиха Томасу Липперту (Thomas Lippert).
Технические особенностиКак пояснили в «Т-платформах», подобное объединение представляет собой технически непростую задачу. Проблема заключается в несовместимости интерконнектов, что мешает наладить обмен данными. Тем не менее, при запуске теста Linpack на обоих компонентах системы специалисты из Юлиха получили результат в 3,78 PFlop/s. Теоретическая суммарная мощность кластера и бустера оценивается в 6,5 PFlop/s, то есть реально полученный результат составляет порядка 60% от теоретического максимума.
Внешний вид суперкомпьютера JURECA
В результате Юлих не только обзавелся гибридной системой процессор+ускоритель, но и свел в единую систему две несовместимые сети. У этого приема есть перспективы применения и на более мощных системах, полагает Липперт. Ученый представляет суперкомпьютер будущего как объединение кластера и различных бустеров. При этом части кода приложений вроде Phi, которые хорошо воспринимают ускорение, могут работать на бустерах, а другие части, которые не ускоряются или замедляются при миграции с архитектуры x86 - на кластере.
Россия в Топе-500В пятидесятом Топ-500, обнародованном 13 ноября 2017 г., представлены три российских суперкомпьютера, как и в предыдущей редакции рейтинга. Однако год назад, в ноябре 2016 г., российских суперкомпьютеров в списке было пять. Три системы в рейтингах за 2017 г. - это самый низкий показатель со времен ноября 2006 г., когда отечественных суперкомпьютеров в Топ-500 было всего два.
Суперкомпьютер «Ломоносов-2» занял 63-е место, в то время как в июне находился на 59 строчке. Его пиковая производительность согласно рейтингу составляет 2,96 PFlop/s, а производительность на тесте Linpack равняется 2,1 PFlop/s.
На 227-ом месте находится суперкомпьютер «Ломоносов», пиковая производительность которого оценивается в 1,7 PFlop/s, а производительность на тесте Linpack достигает 901,9 TFlop/s. Оба суперкомпьютера были построены компанией «Т-Платформы» и используются в Научно-исследовательском вычислительном центре МГУ имени М. В. Ломоносова.
На 412-ой строчке рейтинга находится суперкомпьютер «Политехник РСК Торнадо», до этого занимавший 298-е место. Производительность компьютера на тесте Linpack достигает 658,1 TFlop/s при пиковой производительности 829,3 TFlop/s. Система работает в Санкт-Петербургском государственном политехническом университете, ее производителем является компания РСК.
Доля в производительностиСледует отметить, что хоть Россия и сохранила с прошлого раза свои позиции по количеству суперкомпьютеров, представленных в рейтинге, ее доля в суммарной производительности 500 мощнейших систем мира упала - с 0,489% до 0,433%, если говорить о производительности по тесту Linpack, и с 0,484% до 0,41%, если говорить о пиковой производительности.
Рекордное количество российских компьютеров было представлено в редакции Топа-500 за июнь 2011 г. - в список попали 12 отечественных систем. Их доля в общей вычислительной мощности рейтинга составляла на тот момент 2,277% по результатам теста Linpack и 2,69% по пиковой производительности. После этого последовал спад - уже в рейтинге за ноябрь того же года количество компьютеров сократилось до пяти, доля в производительности по Linpack - до 1,408%, доля в пиковой производительности - до 1,737%.
К ноябрю 2014 г. России удалось несколько отвоевать утраченные позиции. Количество отечественных компьютеров в топе выросло до девяти, их доля в производительности по Linpack достигла 1,585%, а в пиковой производительности - 1,698%. Однако за этим последовал постепенный спад до нынешнего состояния.
Перспективы ростаПо словам Елены Чураковой , представителя компании «Т-платформы», Россия теряет позиции в Топ-500 по причине отсутствия новых крупных суперкомпьютерных проектов в последние годы. Чтобы попасть в Топ-500 суперкомпьютер в настоящий момент должен иметь пиковую мощность не ниже 700 TFlop/s. Таких установок в России всего три, как следует из российского суперкомпьютерного рейтинга Топ 50.
По мысли Чураковой, быстро изменить ситуацию могут только государственные инвестиции, за счет которых создаются наиболее мощные суперкомпьютеры в мире. Она приводит в пример госпрограммы США, Китая, Японии и европейских стран.
«В Америке, например, только Министерство энергетики финансирует несколько разных программ по развитию суперкомпьютерных технологий с ежегодным бюджетом около $2 млрд, а специально созданная пару лет назад «Национальная стратегическая компьютерная инициатива» должна объединить усилия и бюджеты разных министерств для создания суперкомпьютеров экзафорпсной производительности. В России никогда не было отдельной суперкомпьютерной программы, за исключением относительно небольших программ «СКИФ» и «СКИФ-ГРИД» Союзного государства в 2000-2010 годах», - отмечает Чуракова.
По ее словам, отдельные ведомства, включая Минобрнауки, пытаются запустить такую программу. Если эти усилия увенчаются успехом, России понадобится достаточно немного времени, чтобы отвоевать обратно позиции в Топ-500, поскольку страна располагает всем необходимым для самостоятельного производства суперкомпьютеров
Лидеры рейтингаПервое место Топ-500 суперкомпьютеров мира за ноябрь 2017 г., как и в прошлый раз, занимает китайская система Sunway TaihuLight. Установка была создана в Национальном научном центре проблем проектирования и производства параллельных вычислительных систем Китая. Пиковая производительность системы достигает 125 PFlop/s, тест Linpack показывает производительность в 93 PFlop/s.
Второе место удерживает также китайский суперкомпьютер Tianhe-2, который работает в Национальном суперкомпьютерном центре в Гуанчжоу. Его пиковая производительность равняется 54,9 PFlop/s, а производительность на тесте Linpack составляет 33,86 PFlop/s.
Третью позицию по-прежнему занимает суперкомпьютер Piz Daint, установленный в Национальном суперкомпьютерном центре Швейцарии. Его производительность на тесте Linpack достигает 19,6 PFlop/s, пиковая производительность равняется 25,3 PFlop/s.
Четвертую строчку списка занял суперкомпьютер ZettaScaler-2.2, который работает в Научно-технологическом бюро исследования земли и моря в Японии. На тесте Linpack он продемонстрировал производительность в 19,14 PFlop/s. Благодаря ускорителям PEZY-SC2, которыми были дополнены процессоры Intel Xeon, суперкомпьютер располагает самым большим в топе количеством ядер - 19,86 млн.
На пятом месте оказался суперкомпьютер Titan Cray XK7, установленный в Национальной лаборатории в Ок-Ридже Министерства энергетики США. Его производительность на тесте Linpack равняется 17,59 PFlop/s, а пиковая производительность - 27,1 PFlop/s.
Установки из США также занимают строчки с шестой по восьмую, на девятом и десятом местах находятся японские системы.
Фокусной темой пятого Московского суперкомпьютерного форума, организованного издательством «Открытые cистемы» в рамках деловой программы выставки SofTool, стало обсуждение актуальных архитектурных, аппаратно-программных и организационных задач создания систем экзафлопсной производительности. Вычисления такого масштаба потребуют инноваций на всех уровнях. При создании суперкомпьютеров и вычислительных кластеров разработчики используют разные подходы, а исследователи пытаются довести до коммерческого использования принципиально новые решения.
За прошедший со времени МСКФ-2013 год многое изменилось, и это не только появление более совершенных технологий, но и новая экономическая и геополитическая ситуация, что нашло отражение в докладах, более половины которых были посвящены отечественным разработкам в области суперкомпьютерных технологий, проблемам создания российской элементной базы, перспективам развития сверхпроводниковой электроники, уже существующим в нашей стране суперкомпьютерным технологиям и деятельности профессионального сообщества специалистов в данной области.
Создание отечественных суперкомпьютеров экзафлопсной производительности (10 18 операций в секунду), на порядки превышающей быстродействие современных компьютеров, считается задачей национального масштаба, решение которой требует привлечения наиболее сильных коллективов разработчиков, производителей и пользователей из различных отраслей. Ведущие страны давно оценили важность и актуальность проблемы создания систем подобного класса, в том числе и значимость суперкомпьютерной отрасли для национальной безопасности. В данном направлении ведется целый ряд разработок, причем они взаимоувязаны: результаты, достигаемые по одним направлениям, применяются в смежных направлениях и влияют на них, что обеспечивается вертикальной и горизонтальной интеграцией работ на национальном уровне.
Сложившееся представление о задаче построения суперкомпьютеров экзафлопсного класса предполагает создание систем разного типа: универсальных суперкомпьютеров, систем с большей производительностью, но с меньшими требованиями по емкости или пропускной способности памяти, суперкомпьютеров с повышенными требованиями по памяти. В их основе – разные архитектурно-программные принципы и элементно-конструкторская база, проблемы замещения которой в отечественных условиях могут быть наиболее сложными.
Например, отстает разработка отечественных суперкомпьютеров, ориентированных на решение задач с интенсивной работой с памятью. Эти системы необходимы как для научно-технических расчетов, так и для решения задач анализа Больших Данных. За рубежом сегодня активно решаются проблемы, связанные с такими системами, отрабатываются различные варианты их реализации.
По мнению специалистов НИИ «Квант», при разработке отечественных СБИС важно использование новых подходов, таких как нанофотоника, технологии трехмерной сборки кристаллов, технологии микросборок и соединения плат через оптические линии связи, квантовой криогенной электроники и квантовых клеточных автоматов. Применение этих новаций потребует адекватных изменений в архитектуре и микроархитектуре, создания нового программного обеспечения.
В то же время, как признают эксперты, догнать зарубежные страны по инновационным технологиям сложно, однако для развития эволюционных технологий у России имеется все необходимое, предлагается, например, возродить группы, разрабатывающие специализированные процессоры. Одним из перспективных направлений считаются гибридные и многопоточные процессоры. К первоочередным задачам в области инновационных суперкомпьютерных технологий в НИИ «Квант» относят формирование нескольких десятков исследовательских групп, разработку проблемно-ориентированных микропроцессоров на базе перспективных архитектурных принципов, проведение исследований и разработок по новым моделям вычислений, эмуляцию многопоточных суперкомпьютеров с глобально-адресуемой памятью, активизацию работ по сверхпроводниковой электронике и нанофотонике.
Еще одно направление – квантовая информатика. Представитель «Фонда перспективных исследований» озвучил на МСКФ-2014 план получения в среднесрочной и долгосрочной перспективе практически значимых результатов мирового и опережающего уровня в квантовых вычислениях и квантовых коммуникациях, включая квантовую криптографию и технологии синхронизации распределенных информационных систем.
Основой технологических линий разработок и мелкосерийного производства СБИС наноэлектроники может стать система бесшаблонной электронной литографии, разрабатываемая по проекту «Фонда перспективных исследований». Использование данного оборудования позволит устранить из классического процесса литографии этап создания фотошаблонов, что значительно ускорит и удешевит проектирование микросхем и может обеспечить рентабельность мелкосерийного производства СБИС, в том числе с технологическими нормами 22 нм (проект «Байкал-08»).
В НИИФП одним из радикальных решений при создании альтернативной элементной базы, позволяющей значительно улучшить частотные и энергетические характеристики электронных устройств, считают переход к сверхпроводниковой электронике на основе эффекта Джозефсона и квантования магнитного потока.
Одна из ключевых задач построения суперкомпьютеров – разработка высокоскоростной коммуникационной сети, способной эффективно объединять тысячи вычислительных узлов, обеспечивая высокую пропускную способность и низкую задержку передачи сообщений. Однако сеть как базовая составляющая суперкомпьютера является технологией, попадающей под жесткий экспортный контроль, поэтому многие государства ведут собственные разработки высокоскоростных сетей. Не исключение и Россия. Сотрудники НИЦЭВТ рассказали на форуме о проекте разработки отечественной высокоскоростной сети «Ангара» и представили данные оценочного тестирования коммуникационных адаптеров этой сети, соответствующие характеристикам InfiniBand. Идет работа над следующим поколением межсоединения.
Как считают специалисты ИНЭУМ, технологии, созданные при разработке российских многоядерных микропроцессоров с архитектурой «Эльбрус» и интегрированного с ними системного ПО, не уступают ряду зарубежных аналогов. В этой архитектуре используется явный параллелизм операций с возможностью одновременного исполнения свыше 40 операций за такт, что поддерживается оптимизирующим компилятором, выполняющим автоматическую векторизацию и планирование операций. Такие методы достижения высокой производительности превышают возможности традиционных суперскалярных архитектур, а аппаратная поддержка оптимизирующей двоичной трансляции в команды архитектуры «Эльбрус» обеспечивает совместимость приложений с архитектурой x86/x86-64. Кроме того, аппаратно-программные методы архитектуры «Эльбрус», обеспечивающие защищенное исполнение программ, нейтрализуют всевозможные угрозы.
На базе уже существующих и разрабатываемых поколений микропроцессоров с архитектурой «Эльбрус» создаются дополненные контроллерами, каналами обмена данными и программным обеспечением модули, используемые для создания полностью российских суперкомпьютерных систем.
Как подчеркивают представители «Российского федерального ядерного центра», экзафлопсные проекты требуют модернизации промышленности (переход на проектные нормы 10-20 нм, применение оптических компонентов), разработки принципиально новой архитектуры, системного и прикладного программного обеспечения. Кроме того, потребуется существенное повышение энергоэффективности вычислительных систем, поскольку при современных показателях суперкомпьютер такой мощности будет потреблять треть электроэнергии, вырабатываемой Саяно-Шушенской ГЭС. По мнению специалистов центра, для создания систем экзафлопсной производительности необходимы гибридные архитектуры с реконфигурацией компонентов в соответствии с исполняемыми процессами. Это потребует координации работ в рамках единого мультидисциплинарного государственного проекта.
На форуме были представлены также высокопроизводительные вычислительные системы ведущих российских и зарубежных производителей, уже сегодня решающие множество научных и коммерческих задач. Директор компании «РСК Технологии» Александр Московский рассказал о крупнейшем в СНГ проекте системы на базе новейших процессоров Intel Xeon E-5 2500 v3 – гибридном вычислительном комплексе в СПбПУ производительностью 1,1 PFLOPS. РСК с 2004 года разрабатывает системы с прямым жидкостным охлаждением, в которых применяются стандартные системные платы Intel. За счет эффективного отвода тепла российским разработчикам удалось добиться высокой энергоэффективности и плотности оборудования. Кластерная архитектура «РСК Торнадо» – это 128 вычислительных узлов в одной стойке 42U и общей производительностью системы до 269 TFLOPS, а массивно-параллельная архитектура PetaStream позволяет разместить в одном шкафу 1024 вычислительных узла и достичь производительности 1,2 PFLOPS. Если использовать современные технологии, экзафлопсная система будет занимать примерно 200 шкафов, что сопоставимо с некоторыми современными суперкомпьютерами.
Применение суперкомпьютеров позволяет частично или полностью заменить дорогостоящие натурные испытания, визуализировать различные процессы, сократить разработки опытных образцов и новых технологий, существенно повысить точность расчетов. Андрей Сысоев, ведущий специалист по продвижению высокопроизводительных решений IBM, представил обзор решений корпорации, специально спроектированных для подобного рода задач: вычислительные системы, системы хранения, параллельные файловые системы, специализированное ПО для эффективного управления суперкомпьютерами и поддерживающей их инфраструктуры. В числе новинок IBM – системы NeXtScale nx360 M5 c прямым водяным охлаждением, позаимствовавшие «все лучшее из IBM iDataPlex». Сейчас система на базе этих узлов с процессорами Intel Xeon E5 v3 с общей производительностью до 3 PFLOPS развертывается в Германии. Новая платформа от IBM System x3850 X6 – шестое поколение архитектуры IBM EXA, файловая система GPFS, системы хранения класса Elastic Storage и флеш-массивы, планировщик заданий Platform Computing с функционалом Energy Aware Scheduling, готовое комплексное решение Intelligent Cluster, дверь с водяным охлаждением для стоек высокой плотности – все это позволяет заказчикам решать различные задачи и эффективно управлять жизненным циклом данных.
По словам Сысоева, как показало общение на выставочных стендах форума, активный интерес к данным решениям IBM проявляют представители не только научных учреждений и учебных заведений, но и производственных предприятий.
Разработчики Intel в своей стратегии Exascale уделяют основное внимание энергопотреблению, компактности и надежности систем, а также их совместимости с существующим программным обеспечением. Такие системы предполагают различные модели использования сопроцессоров семейства Xeon Phi. Как рассказал Николай Местер, директор Intel по развитию корпоративных проектов, в 2015 году выйдет новая серия этих процессоров с микроархитектурой Knights Landing, обеспечивающей более высокую энергоэффективность и производительность выполнения потоков. Появится и новая коммутирующая структура Intel STL, что позволит создавать более эффективные комплексные решения. Местер видит необходимость в новых алгоритмах и реализациях библиотек в рамках существующих моделей и языков программирования и считает, что технологии, разрабатываемые и внедряемые на российском рынке, позволят преодолеть физические ограничения на пути к Exascale.
Компания HP представила свои системы для высокопроизводительных вычислений - HP Apollo 6000 с воздушным и Apollo 8000 с жидкостным охлаждением. Как пояснил Вячеслав Елагин, специалист по продажам высокопроизводительных вычислительных систем HP, конструктив Apollo – это стойка серверов ProLiant XL220a G8 v2 (два однопроцессорных узла) и XL230a G9 (один двухпроцессорный узел) с возможностью выбора межсоединения в зависимости от рабочей нагрузки. Полка питания поддерживает до трех шасси серии 6000, а Advanced Power Manager управляет электропитанием стойки. Производительность Apollo 8000 составляет 250 TFLOPS на стойку, при этом показатель TFLOPS/Вт на 40% больше по сравнению с системами на воздушном охлаждении, а энергопотребление на 28% ниже.
Многие участники форума уже не первый год представляют свои разработки на МСКФ. Несмотря на сложную ситуацию текущего года, форум оказался не менее представительным, чем предшествующие. Появились и новые участники. Например, одной из компаний, представленных в выставочной зоне и в программе докладов форума, стала RAIDIX, разработчик программного обеспечения для профессиональных систем хранения с интерфейсами Fibre Channel, iSCSI и InfiniBand. Продукт RAIDIX позволяет создавать на базе серверов x86-архитектуры отказоустойчивые системы хранения с высокой производительностью и низкой стоимостью эксплуатации.
Как отметил Александр Московский, МСКФ – отличная возможность для общения с представителями отрасли и потенциальными заказчиками. Многие разделяют эту оценку, ведь форум стал площадкой для объективной оценки результатов работ в области создания отечественных высокопроизводительных комплексов и программного обеспечения для них, экспертизы исследований в сфере суперкомпьютерных технологий.
МСКФ-2014 прошел при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований, РАН, Министерства экономического развития РФ, Госкорпорации «Ростатом», Министерства образования и науки РФ, а также Фонда перспективных исследований.
