Версия для печати
Вернуться к списку

Россия не имеет права отставать в СуперЭВМ

- Говорят, что с компьютерами мы в России опоздали – мы являемся лишь «пользователями» компьютерной революции. А что с суперЭВМ? Являемся ли мы здесь стороной догоняющей, или партнёрской, или, может быть, хотя бы в некоторых вопросах лидирующей?

- Здесь я не совсем с Вами согласен. В свое время у нас неплохо развивалась компьютерная техника для решения сложных научных и технических проблем. Вспомним хотя бы ЭВМ «Стрела», «БЭСМ-6». Потом, к сожалению, были допущены крупные ошибки в развитии компьютерной техники, дорого стоившие нашей стране. Но не безуспешно развивались ряд отечественных технологий специального назначения, которые привели к появлению в нашей стране суперЭВМ. В значительной степени опыт этих ошибок очень актуален и сегодня, когда нередко различные наши организации в суперкомпьютинге полностью полагаются на импортную технику при наличии высококлассных отечественных разработчиков и производителей.

В суперЭВМ сегодня при значительной поддержке государственного руководства нашей страны мы достигли неплохих позиций. По многим параметрам мы идет на равных с ведущими суперкомпьютерными державами. Но нужно постоянно прилагать большие усилия, чтобы не пропустить следующий рывок. В этой сфере большие изменения иногда происходят в аппаратных решениях, в программном обеспечении буквально за полгода.

Суперкомпьютерная тема стала вопросом большой политики, вопросом, достойным внимания и усилий на международной арене высшего государственного руководства нашей страны. Суперкомпьютерные технологии входят в число пяти стратегических направлений коренной перестройки российской экономики согласно решению возглавляемой Президентом РФ Комиссии по модернизации и технологическому развитию экономики России в июне 2009 года и Концепции долгосрочного социально-экономического развития РФ на период до 2020 года в ноябре 2009 года.

В целом в ведущих странах мира идет исключительно быстрое развитие суперкомпьютерных технологий, наращивание мощностей суперЭВМ; сам по себе факт наличия особое мощной ЭВМ – важное условие для развития все более сложных моделей и программных продуктов для решения все более крупных задач. Уровень производительности самых мощных систем всего за 5 лет вырос более чем в 25 раз.

СуперЭВМ становятся все более важным компонентом нарождающегося нового технологического уклада, который будет определять облик мировой экономики на десятилетия вперед. Это стало результатом не только развития техники и программного обеспечения, но и возникновения такого феномена, как «вычислительная наука» – наряду с наукой экспериментальной и теоретической. Наличие у государства сверхмощной суперЭВМ отечественной разработки и производства становится важным фактором престижа и научно-технического авторитета государства на международной арене. При этом цена суперкомпьютерных проектов намного ниже цены других престижных технологий и систем – космических, авиационных и др.

России в целях закрепления и усиления своего лидерства необходимо в ближайшей перспективе иметь суперЭВМ общего пользования аналогичной мощности в 10-15 петафлоп, доступную для широкомасштабного международного сотрудничества, поднимающую авторитет России в одной из самых передовых областей.

- А кто в современных условиях является в мире лидером в суперкомпьютинге и какое место занимает и может занимать Россия в этой области? Какие просматриваются среднесрочные и долгосрочные перспективы в развитии суперЭВМ?

- На протяжении 20-25 лет очевидным лидером в разработке и производстве суперЭВМ были США с такими компаниями, как «Ай-Би-Эм», «Хьюлетт-Паккард», «Крей» и ряд других. Несколько раз за этот период крупных результатов достигали японцы – прежде всего усилиями таких фирм, как «Фуджитцу» и «НЕК». Определенные результаты имеются во Франции. Но наиболее заметное явление последних двух лет – рывок в суперкомпьютинге Китайской Народной Республики. В 2010 году китайцы в международном рейтинге «Топ-500» в первой тройке суперЭВМ заняли первое и третье место, потеснив с этих позиций США.

При этом суперЭВМ «Тианхэ-1а» в г.Тяньцзинь однозначно признается машиной китайской разработки и постройки. «Тианхэ-1а» создана преимущественно с использованием американского микропроцессора. Но часть этой суперЭВМ в экспериментальном порядке выполнены на процессорах собственной китайской разработки.

Для обеспечения России места в первой тройке-четверке «суперкомпьютерных держав» необходимо учесть не только то, что происходит сегодня, но и планируемый рывок по наращиванию быстродействия суперЭВМ прежде всего в США и в КНР. Мы его ни в коем случае не должны пропустить. Уже просматривается перспектива создания ЭВМ экзафлопной мощности, т.е. в 1000 петафлопс и выше. В МГУ и ряде институтов РАН сейчас развертывается масштабная работа по созданию технологий экзафлопного уровня. Для Московского университета это один из приоритетов научно-исследовательской работы.

- МГУ – сам собственник мощного суперкомпьютера «Ломоносов». Какие отечественные технологии использованы в нём? Как Вы их оцениваете?

- В суперЭВМ «Ломоносов» 28 технологий являются отечественными разработками российской компании «Т-Платформы». На них получены патенты, либо патенты находится в стадии оформления. Среди запатентованных технологий – системная плата вычислительного узла; модуль оперативной памяти; модуль управления; интерфейсная плата сетей поддержки коллективных коммуникаций /барьерной синхронизации, глобальных прерываний и внешней частотной синхронизации вычислительных узлов/; коммутатор системной сети; объединительная 24-слойная плата, обеспечивающая подачу питания и информационных сигналов ко всем подсистемам шасси; плата питания вентиляторов; серверная платформа и др.

Что критически важно для суперкомпьютинга – то, что используемые технологии обеспечивают высокие показатели энергоэффективности, не уступающие лучшим зарубежным машинам. В частности, энергоэффективность вычислителя «Ломоносов» под нагрузкой превосходит, в частности, самый мощный американских суперкомпьютер «Ягуар» фирмы «Крей». Система охлаждения продемонстрировала высокую степень надежности и эффективности – работала без сбоев при температуре +44°С прошлым летом.

Наличие таких отечественных разработок обеспечило то, что в международном суперкомпьютерном рейтинге «Топ-500» эта машина однозначно была признана суперЭВМ российской разработки и российского производства.

- Каковы основные параметры супервычислителя «Ломоносов» в Московском университете?

- В настоящее время на «Ломоносове» достигнуто пиковое быстродействие в 510 терафлопс, т.е. 510 триллионов операций в секунду с плавающей запятой.

В мае текущего года мы планируем довести пиковую мощность суперЭВМ «Ломоносов» до 1,3 петафлопс /1 петафлопс – это 1000 триллионов операций в секунду с плавающей запятой/. За счет использования ряда новейших технологий /прежде всего использования наиболее современных графических процессоров/ стоимость 1 терафлопс быстродействия суперЭВМ при приращении до 1,3 петафлопс будет значительно уменьшена. Резко снизится и удельное энергопотребление.

Выход суперЭВМ «Ломоносов» на уровень быстродействия 1,3 петафлопс позволит радикально расширить класс решаемых на этой машине задач, адекватным образом добиться нужного уровня сложности математических моделей, новых алгоритмов и программного обеспечения высокопроизводительных вычислений.

- Какие задачи решаются на суперЭВМ «Ломоносов»? Какие уже есть результаты?

- С помощью суперЭВМ «Ломоносов» уже получены уникальные результаты в разных областях науки, например в исследовании механизмов генерации шума в турбулентной среде, а также в создании новых компьютерных методов проектирования лекарственных препаратов.

Возможностями этой суперЭВМ коллективного пользования сегодня пользуются более 360 научных групп, представляющих все основные подразделения МГУ, многие институты Российской академии наук и другие организации России. Направления фундаментальных и прикладных исследований, требующих использования суперкомпьютерных вычислительных мощностей, – это магнитная гидродинамика, гидро- и аэродинамика, квантовая химия, сейсмика, компьютерное моделирование лекарств, геология, науки о материалах, национальное природопользование, различные конкретные нанотехнологии, криптография и многое другое.

Среди примеров новейших достижений могу отметить весьма важные результаты по численному моделированию формирования и развития концевых вихрей на сверхзвуковых режимах, полученные совместной группой мехмата МГУ и Института прикладной математики имени Келдыша РАН, возглавляемого одним из крупнейших отечественных ученых в этой области Борисом Николаевичем Четверушкиным. Эта задача потребовала огромных вычислительных ресурсов. Перспективные результаты получены группой ученых этого института по моделированию режимов охлаждения современных процессоров. Это создаст очень важный научный задел под возрождение отечественной микроэлектроники.

- А что можно сказать о вычислениях на «Ломоносове» применительно к нефтегазовой отрасли?

- Повышение эффективности нефтегазовой отрасли напрямую зависит от мощности применяемых высокопроизводительных вычислительных систем. Это верно как на этапе поисков и разведки месторождений горючих полезных ископаемых, так и на этапе их освоения и эксплуатации. В процессе извлечения информации из сейсмических данных необходимо подавить волны-помехи, оценить глубинно-скоростную модель среды и построить глубинное изображение участка земной коры в районе наблюдений. Особую проблему представляет собой то, что объём данных на одном месторождении может достигать десятков и сотен терабайт. В настоящее время на суперкомпьютере «Ломоносов» с участием специалистов Научно-образовательного центра Поисков, разведки и разработки месторождений углеводородов Московского университета и российской компании «ГЕОЛАБ» решается ряд крупных задач обработки сейсмических данных. Каждый расчет каждой их этих задач требует несколько тысяч процессорных ядер суперкомпьютере «Ломоносов».

- Получены ли какие-либо результаты на «Ломоносове» для отечественного машиностроения?

- Ввод в строй суперкомпьютера «Ломоносов» позволил решить ряд важных задач для ведущих промышленных отраслей России – аэрокосмической для РКК «Энергия» им. С.П.Королева и атомной для ОКБМ им. И.И.Африкантова. Для нужд РКК «Энергия» с помощью суперЭВМ «Ломоносов» были проведены расчеты обтекания перспективного космического корабля «Орион» при торможении в атмосфере Земли и посадки на ее поверхность. Применение суперкомпьютера «Ломоносов» позволило решить задачу в приемлемые сроки, что невозможно было сделать ни с помощью собственного вычислительного кластера РКК «Энергия», ни с помощью имеющихся вычислительных ресурсов других российских суперкомпьютерных центров. Другой задачей, решенной на «Ломоносове», была задача о массотеплообмене в устройстве сепарации окислов натрия в первом контуре перспективного ядерного реактора, разрабатываемого ОКБМ им. И.И.Африкантова.

- Говорят, самое сложное в суперкомпьютерах – не «запараллелить» процессоры, а создать программы, которые позволяют им работать наиболее производительно. Если это так, то кто пишет программы для суперкомпьютера «Ломоносов» – специалисты МГУ, студенты, какие-то аутсорсинговые специалисты?

- В МГУ и сотрудничающих с Московским университетом научно-исследовательских институтах, вычислительных центрах, высокотехнологичных компаниях благодаря появлению такой мощной ЭВМ активно идет разработка все более сложных математических моделей, алгоритмов и программных продуктов для проведения фундаментальных и прикладных исследований с использованием суперЭВМ такой мощности. Достигнуты значительные результаты в полномасштабном использовании суперЭВМ петафлопного класса. На суперкомпьютере К-100 упомянутого института имени Келдыша уже решены ряд фундаментальных проблем в области разработки алгоритмов и сложных математических моделей. Они могут быть масштабированы для отечественных суперЭВМ петафлопного класса.

- Что делает МГУ для подготовки специалистов в области высокопроизводительных вычислений?

- Московский университет возглавляет недавно созданный Суперкомпьютерный консорциум университетов России. В рамках деятельности консорциума реализуется проект «Создание системы подготовки высококвалифицированных кадров в области суперкомпьютерных технологий и специализированного программного обеспечения». В рамках этого проекта уже подготовлено более ста высококвалифицированных специалистов, причем 75 в МГУ им. М.В.Ломоносова. Еще одной формой обучения станет создаваемый в рамках проекта Интернет-университет суперкомпьютерных технологий. На его базе не менее 290 слушателей смогут пройти подготовку в режиме дистанционного обучения.

В настоящее время данный проект является проектом комиссии Президента РФ по модернизации и технологическому развитию России, выполняется многими университетами – членами Суперкомпьютерного консорциума университетов России, головной исполнитель – Московский государственный университет имени М.В.Ломоносова.

Основой для успешной реализации проекта должны стать научно-образовательные центры суперкомпьютерных технологий, главной задачей которых является эффективная организация деятельности вузов по подготовке, переподготовке и повышению квалификации кадров в области СКТ. В 2010 году создана основа системы таких центров за счет организации 5 пилотных проектов в Центральном федеральном округе, Приволжском ФО, Уральском ФО, Сибирском ФО и Северо-западном ФО.

Первым результатом деятельности этих научно-образовательных центров в 2010 году стала разработка группой экспертов Свода знаний и умений /профессиональных компетенций/ в области суперкомпьютерных технологий. На основании этого Свода выполнена модернизация /обновление/ федеральных государственных образовательных стандартов третьего поколения.

- На какие другие суперкомпьютерные центры в нашей стране следует обратить внимание? С какими отечественными и зарубежными центрами сотрудничает Московский университет по суперкомпьютингу?

- Развивается высокопроизводительный суперкомпьютерный центр в Российском федеральном ядерном центре – Всероссийском научно-исследовательском институте экспериментальной физики в г.Сарове, предназначенный для решения как специальных задач, так и задач общего назначения. «Росатомом» было объявлено, что в феврале этого года пиковая мощность этой суперЭВМ достигла 1 петафлопс.

Создана суперЭВМ общего назначения быстродействием 100 терафлоп с использованием отечественных технологий в Институте прикладной математики имени М.В.Келдыша РАН – это результат совместной разработки с исследовательским центром «Квант», научным руководителем которого является ученый с мировым именем в этой области академик Владимир Константинович Левин. Важные работы по высокопроизводительным вычислениям ведутся в Межведомственном суперкомпьютерном центре РАН и в НИЦ «Курчатовский институт».

Нарастает объем высокопроизводительных вычислений с использованием отечественных суперЭВМ в целом ряде вузов страны – в Санкт-Петербургском политехническом университете, в Томском государственном университете, Владимирском государственном университете, Московском государственном университете путей сообщения (МИИТ) и др. Можно отметить работы по созданию отечественных специализированных суперЭВМ на ПЛИСах – микросхемах с программируемой логикой в «Кванте» и в Научно-исследовательском институте многопроцессорных вычислительных систем в г.Таганроге, который возглавляет член-корреспондент РАН Игорь Анатольевич Каляев. Небольшая экспериментальная суперЭВМ, разработанная нашими таганрогскими коллегами, установлена в МГУ.

Появление в России благодаря созданию суперЭВМ «Ломоносов» общего назначения целого спектра российских суперкомпьютерных технологий резко повысило интерес к сотрудничеству с Россией в ряде крупнейших научных центров, прежде всего в Германии и Франции. У нас с ними идет активный диалог по высокопроизводительным вычислениям, обмен делегациями.