Со скоростью мысли. Суперкомпьютерной

Российские и белорусские учёные взялись за создание суперкомпьютерной отрасли лишь в конце прошлого века, когда в Европе и США эти технологии уже активно использовались в производстве. По элементной базе мы отставали лет на 10, не было научных кадров, программ, а ведь во времена Советского Союза НИИ ЭВМ в Минске славился своими разработками — оборудование поступало во все крупные вычислительные центры СССР, но к концу 80-х годов появились персональные компьютеры. Затем, когда Советский Союз стал разваливаться, многие программы пришлось свернуть...

Всё изменилось, когда Россия и Беларусь вновь смогли объединить усилия в этом направлении, и в итоге удивили мир супер-ЭВМ «СКИФ» — компьютером без движущихся частей и самыми мощными графическими процессорами.

Один такой суперкомпьютер потребляет много энергии. Слова исполнительного директора программы Союзного государства «СКИФ-ГРИД» Анатолия Криштофика теряются в работе десятков вентиляторов. От чёрных металлических шкафов, в которых запрятан электронный «мегамозг», веет ледяным ветром — хотя термометр Республиканского суперкомпьютерного центра коллективного пользования в Объединённом институте проблем информации Национальной академии наук Беларуси и показывает +16оС. Вместе с тем применяемая уникальная система водяного охлаждения позволила в два раза уменьшить энергозатраты по сравнению с зарубежными аналогами.

Достигнутый показатель эффективности работы (КПД) такой машины в рамках международного проекта в области биоинформатики GPUGRID (http://www.gpugrid.net/) занял первое место в мировом рейтинге по количеству очков, набранных в вычислениях в течение одного дня (более 2 миллионов очков). Вполне резонно, что до 2015 года намечено создание полноценной киберинфраструктуры Союзного государства как комплекса информационно-вычислительных технологий на перспективных суперкомпьютерных платформах этой серии. Планируется, что на базе семейства компьютерных систем «СКИФ», будут решаться сложные ресурсоёмкие задачи, обеспечивающие эффективное инновационное развитие экономики Союзного государства.

Вслед за созданным суперкомпьютером должна проявиться целая сеть суперкомпьютерных центров, систем хранения данных, систем связи и технологий, обеспечивающих предоставление ресурсов пользователям для глобальных вычислений.

Мигая рядами синих индикаторов, суперкомпьютер «СКИФ-GPU» ни на секунду не отвлекается, делает своё дело: его мощности уже сегодня используют круглосуточно порядка 40 организаций России и Беларуси — от медиков, разрабатывающих лекарства, физиков, до промышленников — создателей тракторов и самосвалов. Восемь сотрудников Центра посменно следят, чтобы «мысли» ЭВМЮ, способные решать более трёх триллионов операций в секунду, по высокоскоростному каналу бесперебойно поступали клиентам.

«Если рассказывать историю проекта, — продолжает Анатолий Криштофик, — то уже наш первенец компьютер «СКИФ К-500», появившийся в 2003 году, «выдавал» 700 млрд операций в секунду, но уже тогда «СКИФ» вошёл в мировой ТОП-500 мощнейших суперкомпьютеров, став самой производительной машиной не только в СНГ, но и в Восточной Европе».

Следующий «СКИФ У-1000» был мощнее в три раза и попал уже в ТОП-100. Сегодня ЭВМ в суперкомпьютерном центре в Минске — «СКИФ-ГРИД» — выполняет более 6 триллионов вычислений в секунду. К 2015 году планируют создать машины 5-го и 6-го поколений... И если поначалу суперкомпьютерные разработки финансировались «по остаточному принципу» (на первые проекты выделили лишь половину от необходимых средств), то сейчас финансы поступают в полном объёме: в 2007–2010 годах на Союзную программу ушло 6,8 млрд российских рублей.

Суперкомпьютеры — дорогое удовольствие, и от фундаментальной науки нельзя требовать моментального экономического эффекта, о прибыли можно говорить лишь спустя годы! Тем не менее коммерческий успех программ уже сегодня ощутим. Отказавшись от импортных «ноу-хау», разработчики снизили затраты на 10 процентов, а вычисления с помощью суперкомпьютеров и грид-технологий сэкономили для бюджета Союзного государства около 5,8 млрд российских рублей. В ходе создания суперЭВМ удалось привлечь почти 30 млн рублей зарубежных инвестиций. Экономический эффект от созданных компьютерных программ ещё предстоит подсчитать, но только в промышленности появилось более 20 технологий для решения прикладных задач. Добавьте к этому более 200 рабочих мест, которые получили высококлассные специалисты России и Беларуси у себя на родине.

«Почему это важно, — продолжает рассуждать наш собеседник, — да потому, что архитектура микропроцессора Pentium была разработана в СССР в перестроечные годы, но из-за отсутствия финансирования создатели уехали реализовывать проект за границу... Теперь благодаря Союзной программе разработчики компьютерных программ нового поколения получили возможность воплотить свои идеи в жизнь у себя дома».

Опытный участок грид-сети Союзного государства — «СКИФПолигон», состоящий из 12 центров общей мощностью 200 Тфлопс, был создан в 2010 году. Его белорусский сегмент включает крупные научные центры: Белгосуниверситет, где физики моделируют воздействие радиации на человека, объединённый институт энергетических и ядерных исследований «Сосны» (там установлен доработанный компьютер «СКИФ К-500», где электроника помогает в научном сопровождении строительства Белорусской АЭС. Инженеры из Белорусского технического университета заинтересованы в компьютерном материаловедении: рисуя виртуальные модели катастрофического деформирования, позволят создавать более прочные конструкции...

«СКИФ» — большое подспорье для промышленности. В Гродно проводятся виртуальные испытания карданных передач для самосвалов «БелАЗ» (многие поломки теперь можно предотвратить заранее), Минский завод колёсных тягачей аналогичным образом тестирует подвеску кабины, а Минский моторный завод разрабатывает новые дизельные двигатели. Количество прототипов деталей снижается втрое, а материалоёмкость — на 10–15 процентов. Благодаря помощи суперкомпьютеров конструкторы турбокомпрессоров из Борисова наладили выпуск отечественной техники, раньше агрегаты приходилось ввозить из Чехии. Созданные в Москве с помощью компьютерного моделирования бронежилеты успешно идут на экспорт в страны ЕС.

«СКИФ» помогает медикам. Сотрудники РНПЦ онкологии и медицинской радиологии им. Александрова и 2-го городского противотуберкулезного диспансера Минска получили программу-инструмент для анализа рентгеновских снимков, флюорографий — точность диагностики туберкулёза, рака повысилась на 10 процентов, позволив точнее и раньше выявлять заболевания. Теперь доктора могут консультировать друг друга на расстоянии — ведь телемедицинская сеть объединяет почти три десятка поликлиник. Есть перспективы применения новейших технологий при лечении лейкозов — где применение новых технологий даст экономию не менее 1,5 млн долларов ежегодно. Фактически уже реализована инициатива объединения с помощью «СКИФа» научного и промышленного потенциала России и Беларуси, реанимированы связи между предприятиями и институтами (в этой программе принимают участие более 50 организаций).

Новая программа предусматривает переход в 2013–2016 годах от опытных систем к их массовому внедрению, совершенствованию архитектуры компьютеров, созданию новых приложений к программному обеспечению. Уже наметилась определённая специализация. Российские коллеги специализируются на разработке мощных ЭВМ, а белорусские — на создании инфраструктуры грид-сети. Планируется распространить действие грид-сети на всю территорию Союза Беларуси и России. В планах российских и белорусских специалистов использование потенциала ЭВМ и в нефтегазовой отрасли («СКИФ-Недра»): точная геологоразведка позволит открыть новые месторождения углеводородов и в конечном счёте повысит энергетическую безопасность Союзного государства, поможет в создании 3,5–4 тысяч новых рабочих мест.

Подготовлена программа «ОРБИСС». В ближайшие годы её реализация станет залогом выпуска качественной продукции, конкурентоспособной на мировом рынке. В 2012 году началась работа над проектом «IT-перспектива» — применение суперкомпьютерных технологий для проектирования наукоёмкой продукции. В инновационной экономике ставка делается именно на неё — и «электронный мозг» должен стать и там надёжным помощником.

Мнения

«Это настоящий «суперпроект», способствующий интеграции государств»

Виталий БУСЬКО, член Постоянной комиссии по международным делам и связям с СНГ Палаты представителей Национального Собрания Республики Беларусь:

«За более чем десять лет суперкомпьютерной программы Союзного государства мы достигли очень многого — уже первые машины попали в мировые рейтинги. Такую сложную и дорогостоящую вычислительную технику могут производить лишь 14 стран во всём мире. Программы «СКИФ» стали замечательной площадкой для воплощения прорывных, революционных идей учёных — для «одержимых» специалистов России и Беларуси, которые восстановили связи, наработанные во времена СССР, объединили интеллектуальный потенциал (в одиночку, я думаю, наши страны не справились бы). Не стоит забывать о политической составляющей: межнациональная сеть, объединяющая суперкомпьютеры двух государств, единый архив, база данных по самым различным направлениям, использование мощностей ЭВМ для совместных космических, энергетических проектов — всё это способствует дальнейшей интеграции в рамках Единого экономического пространства и — в перспективе — Евразийского союза».

«На мировом уровне выглядим неплохо»

Рауф САДЫХОВ, доктор технических наук, заведующий кафедрой ЭВМ Белорусского государственного университета информатики и радиоэлектроники:

«Союзную программу «СКИФ», безусловно, необходимо развивать, если мы не хотим отставать от передовых стран в сфере прикладных информационных технологий. Чем больше инструментов для сотрудничества с российскими и казахскими коллегами мы будем иметь, тем весомее будет результат... В ходе союзной программы «СКИФ-ГРИД» специалисты из БГУИР и предприятия «Интеграл» совместно разработали технологию параллельной верификации и тестирования цифровых интегральных схем и устройств на их основе, что позволяет в несколько раз сократить время проектирования и, в конечном счёте, выйти с изделием на рынок раньше конкурента. Думаю, что создание киберинфраструктуры Союзного государства к 2015 году — реальная задача. Конечно, суперкомпьютеры — удовольствие не из дешёвых (самый простой обойдётся в 5–6 млн долларов), но подобно тому как можно добиться огромного ускорения вычислений в грид-сети, объединив компьютерные мощности многих, так и объединение интеллектуального потенциала России, Беларуси и других постсоветских стран значительно ускорит развитие суперкомпьютерной отрасли».

«Самое главное то, что получился конкурентоспособный продукт!»

Юрий ВОРОТНИЦКИЙ, кандидат физико-математических наук, директор Центра информационных технологий Белгосуниверситета:

«Сегодня практически любой европейский университет имеет свой суперкомпьютерный центр, и БГУ — не исключение. Мы используем машину «СКИФ», способную выполнять 1,2 триллиона вычислений в секунду. Это небольшая мощность, но для нас важнее другое: все сотрудники и студенты имеют свободный доступ к этой системе, которая играет важную роль в учебном процессе. Не секрет, что современные компьютерные технологии основаны на принципе параллельных вычислений, понимать их должны не только специалисты в области информатики, но и представители наук, где используются методы компьютерного моделирования, а это и химия, и физика, и биология, и география... К примеру, наши лаборатории используют «СКИФ» при моделировании процессов внутри реактора АЭС, рассчитывают дозы облучения персонала на атомных станциях, применяют его в исследованиях в сфере нанотехнологий. Наконец, благодаря национальной грид-сети университет объединён с другими вузами, промышленными предприятиями, а также интегрирован в международные проекты. Архитектура «СКИФа» гибкая, и позволяет в дальнейшем наращивать мощности. В целом, я убеждён, что союзная разработка —конкурентоспособный продукт, который достойно выглядит на фоне зарубежных аналогов».

СПРАВКА

СКИФ — аббревиатура, которая расшифровывается как «суперкомпьютерная инициатива «Феникс». Первоначальный вариант — СКИБР — показался неблагозвучным и вызвал аналогии с «киборгами», в то время как мифический феникс напоминал о цели СКИФа — возрождении науки России и Беларуси.

Суперкомпьютер (супер ЭВМ) — высокопроизводительная вычислительная система для решения сложных научных, технических, образовательных задач. Согласно ТОП-500, самых мощных суперкомпьютеров мира, лидерство удерживает США: 5 из 10 систем — детища американских конструкторов. СКИФ — суперкомпьютерная программа Союзного государства, которая направлена на то, чтобы выпускать отечественные суперЭВМ и ликвидировать отставание в этой сфере.

Грид (англ. «сеть») — вычислительная среда, которая состоит из компьютеров («кластеры»), связанных высокоскоростными каналами. Благодаря совместной работе сразу нескольким машинам по принципу параллельных вычислений удаётся достичь колоссальной производительности. Через четыре года грид-сеть Союзного государства должна превратиться из «сообщества учёных» в полноценную киберинфраструктуру, решающую прикладные задачи для промышленности, образования, науки.

Владимир СТЕПАНОВ г. Минск

Основное меню

Рубрикатор

Архив журнала