Семейство суперкомпьютеров СКИФ в этом году пополнится экспериментальным образцом белорусского офисного суперкомпьютера. Объединенный институт проблем информатики Национальной академии наук Беларуси (ОИПИ) работал над высокопроизводительной вычислительной системой практически два года и в апреле готов презентовать отечественный образец на выставке ТИБО. Как офисный суперкомпьютер будет справляться с триллионами операций в секунду и в чем ноу-хау белорусских ученых - в репортаже БЕЛТА.
Как рождаются титаны в мире компьютеров
В Беларуси суперкомпьютеры начали разрабатывать в 2000 году по союзной программе СКИФ (СуперКомпьютерная инициатива Феникс). Одна из первых разработок сразу же попала на 98-ю строчку в топ-500 самых высокопроизводительных компьютеров в мире.
Продолжением успешной инициативы стали программы СКИФ под шифрами Триада, Грид и Недра. Созданием офисного суперкомпьютера "СКИФ-ГЕО-ОФИС РБ" как раз и занимаются белорусские исполнители программы СКИФ-Недра. Он поможет решать инженерные, конструкторские, научные и научно-исследовательские задачи, где требуются параллельные вычисления.
Этап научно-исследовательских работ завершен, сейчас ученые заняты опытно-конструкторскими работами - созданием непосредственно образцов суперкомпьютеров и программного обеспечения.
Как собирают колоссы компьютерного мира? Заместитель генерального директора по научной и инновационной работе ОИПИ Сергей Кругликов показывает: все начинается с компоновки отдельного вычислительного узла. Его особенность - в уникальной системе охлаждения.
Процессор обычного компьютера имеет свойство нагреваться, а процессор для суперЭВМ делает это еще быстрее. В новой разработке используется отечественная система охлаждения на базе алюминиевых радиаторов со встроенными трубками отвода тепла. "Тепло, которое отводится от процессора, равномерно распространяется по всей площади радиатора. Обычно он нагревается неравномерно, и устройству требуется дополнительная система охлаждения. Наш процесс защищен, и даже при пиковой производительности температура не превышает 75 градусов", - поясняет Сергей Кругликов.
Далее вычислительные узлы собираются на специально изготовленном макете, или отладочном модуле. Это устройство позволяет протестировать два вычислительных узла, попросту говоря, их учат работать друг с другом и проводить параллельные вычисления, в чем и состоит одно из преимуществ суперкомпьютерных технологий.
Протестированные и запрограммированные вычислительные узлы устанавливаются в корпус офисного суперкомпьютера. В нем помещаются 10 узлов, которые вместе дадут пиковую производительность не менее 10 Тфлопс, рассказывает начальник Республиканского суперкомпьютерного центра Александр Рымарчук.
Низкий уровень шумов и тепловыделения позволят разместить офисный суперкомпьютер в обычных офисах.
Разработчики обращают внимание, что это производительность именно экспериментального образца, с помощью которого проверят надежность и работоспособность всех элементов. В будущем производительность может вырасти до 20 Тфлопс. "Нам важно какое-то время поработать с экспериментальным образцом, чтобы отработать все технологические вопросы, которые возникают при попытке объединить в одном корпусе 10 узлов",- говорит Сергей Кругликов.
СКИФы в поисках черного золота
Офисный СКИФ разрабатывался в первую очередь для геологов, он позволит им в буквальном смысле заглянуть в толщу земли и поможет в поисках новых месторождений нефти и газа. В ближайшей перспективе расчеты можно будет проводить непосредственно на месторождениях.
Суперкомпьютерные вычисления заметно сократят и время решения сложных задач по 3D-моделированию - вместо 48 часов необходимых ранее понадобится всего 7-8 минут. Сократятся и объемы разведочного бурения, а это тоже сэкономит деньги. Среди тех, кто скоро сможет оценить эти преимущества, - Минприроды, Научно-практический центр по геологии, ОАО "Беларуськалий".
Принципиальный момент - для создаваемых суперЭВМ разрабатывается собственное программное обеспечение (ПО). Это позволит достичь две основные цели: повысить эффективность сейсморазведки при поиске нефти и газа и "предсказывать" возможные обрушения горных пород при подземных работах. Для апробации ПО уже выбран нефтеперспективный район в Беларуси. Александр Рымарчук объясняет, что самое дорогое в программном продукте - это его дальнейшее сопровождение и обновление. Поэтому импортное ПО в конечном итоге становится для пользователя очень дорогим продуктом.
"Кластерная архитектура является стандартной и использует стандартные компоненты, освоенные в промышленности, но программное обеспечение - это, конечно, ноу-хау. Гигант BMW или производитель авиационных двигателей не отдадут нам свое ПО для отладки наших двигателей или других систем, - его надо писать самим. Поэтому отрабатывается кластерная архитектура на стандартных решениях, но конструктивно-технологическое оформление электронных компонентов - отечественное, белорусское", - подчеркивает Александр Рымарчук.
Цену создаваемого персонального суперкомпьютера ученые пока не раскрывают, но говорят, что она будет доступной.
Благодаря высокотехнологичным разработкам в будущем появится единая интеллектуальная грид - среда недропользования Беларуси. Это позволит вести разработку "умного" месторождения. "Мы стремимся к тому, чтобы используя отечественные суперкомпьютеры и программное обеспечение, перейти к созданию "умных" месторождений - это предполагает не только обработку данных, но и создание системы принятия решений, которая будет позволять прогнозировать наличие полезных ископаемых и возможное обрушение шахтных проходов", - поясняет Сергей Кругликов.
Изначально проект был ориентирован в первую очередь на нефтегазовый сектор, но суперкомпьютерная конфигурация кластерной архитектуры может решать задачи, связанные не только с геологоразведкой и геофизической информацией. Она может применяться также в машиностроении для расчета динамики сложных металлоконструкций, в биоорганической химии - при моделировании лекарств. Кроме того, она может решать задачи моделирования, которые требуют достаточно больших объемов памяти.
Благодаря развитию компьютерного моделирования и численного эксперимента появляется возможность моделировать сложные биологические структуры, имитировать взаимодействия систем, состоящих из молекул и атомов, анализировать возможные способы их взаимодействия, прогнозировать глобальные атмосферные явления и т. д.
В одном суперкомпьютере заложено 10 персональных серверов - это не просто персональный компьютер, а модель серверного типа, производительность которого значительно выше. При этом его энергопотребление составляет не более 600 Вт, в то время как обычного компьютера - как минимум 450 Вт. У суперкомпьютера есть собственная система защиты информации.
Задачи на суперЭВМ могут запускать одновременно несколько пользователей, причем экстремальной нагрузки техника не почувствует - архитектурой и ПО она ориентирована на решение задач нескольких пользователей. Причем они могут не находиться в этом же помещении, а иметь доступ к суперкомпьютеру удаленно через интернет.
При необходимости кластер можно скомпоновать с большим или меньшим количеством узлов или со специализированными вычислителями. Это позволяет поместить мощь суперкомпьютера в небольшое пространство и сделать его доступным по цене и простым в использовании.
Супервычисление в облаке
Помимо офисного варианта ученые работают над вычислительной установкой для центра обработки данных "СКИФ-ГЕО-ЦОД РБ", рассказывает заведующий лабораторией высокопроизводительных систем Объединенного института проблем информатики Олег Чиж.
ЦОД позволит решать задачи геологоразведки в удаленном режиме с помощью грид и облачных технологий.
Пиковая производительность вычислительных установок "СКИФ-ГЕО-ЦОД" составит до 100 Тфлопс. Для сравнения: производительность первых белорусских суперкомпьютеров составляла 2 Тфлопс. При этом системы охлаждения и электроснабжения заметно усовершенствованы.
Суперкомпьютер уровня ЦОД работает в помещениях с кондиционерами и особым температурным режимом. Поэтому температура на входе в Республиканский суперкомпьютерный центр 20 градусов, но из-за мощных кондиционеров, которые работают здесь круглосуточно, создается впечатление, как будто здесь не выше пяти.
"Если на установках "СКИФ-ГЕО-ЦОД" мы отрабатываем саму методологию решения задачи максимально большой размерности, в максимально подробном состоянии, то на офисном компьютере мы можем решать задачи оперативного контроля. Для отработки методологии моделирования производственного процесса, выполнения расчетов на рабочем месте используется офисный суперкомпьютер. Такой подход оправдывает себя: модели "СКИФ-ГЕО-ЦОД" - для сложных вычислительных задач, офисные модели - для оперативного контроля на месте", - объясняет Олег Чиж.
Суперкомпьютерные ресурсы востребованы во всем мире, белорусским "СКИФ-ГЕО-ОФИС" уже заинтересовались за рубежом. "Мы идем в русле мировых тенденций. Что касается непосредственно персонального суперкомпьютера, то такие параметры производительности являются оптимальными для выполнения заданных задач. Если бы задача стояла сделать его более производительным, это бы делалось. Нынешняя производительность адекватна стоящим задачам", - считает Сергей Кругликов.
После тестирования экспериментального офисного суперкомпьютера к концу года будет изготовлен опытный образец, все комплектующие для которого уже закуплены. Приемочные испытания опытных образцов "СКИФ-ГЕО-ОФИС" и "СКИФ-ГЕО-ЦОД" намечены на 2018 год.
Фото Рамиля НАСИБУЛИНА и из архива БЕЛТА.-0-
- размещаются материалы рекламно-информационного характера.