Поиск - новости науки и техники

Параллели перемен. Как формируются тренды развития суперкомпьютерной отрасли

Начало осени – горячая пора для проведения конференций: столько разных интересных тем и предложений от организаторов мероприятий! Так и хочется успеть везде, поехать, пообщаться. Однако нельзя объять необъятное… А сделав выбор в пользу одной или нескольких конференций, рискуешь упустить другие важные встречи, да и начальство вряд ли обрадуется твоему долгому отсутствию на рабочем месте…
Свое решение такой проблемы предложили организаторы Russian Supercomputing Days – первой объединенной суперкомпьютерной конференции, состоявшейся в конце сентября в Москве. “Суперкомпьютерные дни в России” объединили сразу несколько традиционных российских и международных суперкомпьютерных мероприятий: международную суперкомпьютерную конференцию “Научный сервис в сети Интернет”, международную конференцию “Высокопроизводительные параллельные вычисления на кластерных системах” и конференцию Russian Supercomputing Conference. Поддержку в проведении встречи профессионалов в области высокопроизводительных вычислений оказали Суперкомпьютерный консорциум университетов России и ФАНО России, а также Российский фонд фундаментальных исследований. Спонсорами конференции выступили такие хорошо известные в суперкомпьютерной отрасти компании, как “Т-Платформы”, РСК, Intel, HP, NVIDIA, Mellanox, Dell, Huawei. Главным же координатором работ по организации “Суперкомпьютерных дней в России” стал Научно-исследовательский вычислительный центр МГУ им. М.В.Ломоносова.

Для всех и для каждого
– Сегодня оторвать профессионала на неделю от основной работы фактически нереально, – уверен глава программного комитета конференции, заместитель директора Научно-исследовательского вычислительного центра МГУ член-корреспондент РАН Владимир Воеводин. – Это стало одной из причин появления идеи объединить те хорошие “параллельные активности”, что есть у нас в России, и провести большой международный суперкомпьютерный форум, собрав воедино наработки, существующие в области высокопроизводительных вычислений… И это же определило формат конференции, динамику ее проведения: два дня работы вобрали в себя и пленарные выступления приглашенных докладчиков, и семь параллельных секций, и конференцию молодых ученых, и специализированную выставку, а также семинары, тренинги и пр.
Одной из главных задач для нас стало организовать все так, чтобы мероприятия оказались интересны всем, кто неравнодушен к суперкомпьютерным технологиям, чтобы каждый участник конференции – трудится ли он в госструктурах, занят ли фундаментальными или прикладными исследованиями, работает в промышленности или в сфере ВПК, а может, пока только учится в вузе – словом, каждый, смог бы найти то, что ему интересно. Программу составили очень плотную, задача выступающих была не просто осветить тот или иной аспект актуальной темы суперкомпьютерного мира и ответить на несколько вопросов (если останется время от выступления), а зажечь аудиторию, начать дискуссию, инициировать обсуждение темы в ходе Russian Supercomputing Days.
А как у них?
Задуманное, по откликам посетивших “Суперкомпьютерные дни в России”, организаторам удалось в полной мере. Да и вряд ли могло быть иначе. Чего стоит только звездный состав приглашенных докладчиков! Для участия в конференции приехали такие известные в суперкомпьютерном мире люди, как легенда суперкомпьютинга, отец-основатель рейтинга Top500, профессор Университета штата Теннесси (США), директор Центра исследований информационных технологий Джек Донгарра (Jack Dongarra), известный специалист в области суперкомпьютерных технологий профессор Университета штата Индиана (США) Томас Стерлинг (Thomas Sterling), ведущий разработчик суперкомпьютеров серии TSUBAME, не раз покорявших высоты Top500, профессор Международного научно-информационного вычислительного центра Токийского института технологий Сатоши Мацуока (Satoshi Matsuoka), директор Барселонского суперкомпьютерного центра профессор Матео Валеро (Mateo Valero), а также стоявший у истоков MPI-программирования директор Института параллельных вычислений Национальной инженерной академии, профессор Университета штата Иллинойс (США) Уильям Гропп (William Gropp), директор Лаборатории программного обеспечения Национального университета оборонных технологий Китая профессор Ютонг Лу (Yutong Lu), отвечающая за работу ПО самого мощного суперкомпьютера Поднебесной Tianhe-2, занимающего уже два года первую строку Тор500…
Темой выступления Джека Донгарры стали современные тенденции в области НРС (High Performance Computing). “Сегодня все мы – свидетели стремительных перемен: правила игры в мире суперкомпьютеров меняются фактически на ходу”, – отметил он. За 23 года существования Тор500 суммарная мощность машин, представленных в этом мировом рейтинге, выросла с 1,17 TFlop/s до 362 PFlop/s. Если в 2000 году для решения какой-то задачи могли потребоваться мощности всех систем Тор500, то сегодня с аналогичной работой способна справиться всего одна суперЭВМ из первых строк рейтинга. Супермощности шагнули “в народ”: “Внутри моего ноутбука – 70 GFlop/s, внутри мобильного телефона – 4 GFlop/s, – заметил Донгарра. – И это не предел…” В условиях современной конкурентной борьбы за место под солнцем лидирующие позиции на мировом рынке может удерживать только тот, кто активно и планомерно вкладывается в развитие НРС. По словам Донгарры, более половины промышленных компаний США используют в своей работе высокопроизводительные вычисления.
Подписанный президентом США указ о создании национальной стратегической компьютерной инициативы дает понять: государство определило свои приоритеты. Какие будут последствия данного документа – еще предстоит увидеть, но уже ясно, сколь серьезным ориентиром для развития высокопроизводительных технологий он является. В ближайших планах Америки – создать к 2017-2018 годам установку в 100 PFlop/s. А еще через пару лет – экза­флопсную машину… Но чтобы завтра достичь новых рубежей, требуется уже сегодня полностью переосмыслить подходы к программному обеспечению суперЭВМ, уверен суперкомпьютерный гуру.
Знаменитый закон Мура (согласно которому количество транзисторов, размещаемых на кристалле интегральной схемы, удваивается каждые три года), по мнению профессора Сатоши Мацуоки, перестанет действовать в 2025-2030 годах. И дальнейший прогресс в области НРС станет возможен только за счет изменения алгоритмов. Но это отнюдь не снимает с повестки дня таких актуальных вопросов, как борьба с высоким энергопотреблением суперкомпьютерных установок, увеличение их производительности, повышение эффективности расчетов, обработка и хранение больших объемов данных…
Темой лекции Матео Валеро стали системы поддержки времени исполнения расчетов, их взаимодействие с программами и аппаратурой. Уильям Гропп, чье имя в НРС-сообществе ассоциируется с разработкой MPI-программирования, сделал доклад об особенностях современных параллельных файловых систем, остановившись на их узких местах.
С особым вниманием аудитория слушала выступление гостьи с Востока – профессора Ютонг Лу, родное детище которой – Tianhe-2 – весьма прочно устроился на первой строке Тор500 и, судя по всему, не собирается уступать позиции. Национальный университет оборонных технологий Китая, где были созданы и первая тера­флопсная установка в КНР, и Tianhe-1, и его собрат Tianhe-2, – по сути, крупнейший НИИ Поднебесной, в котором трудятся 2 тысячи преподавателей и учатся 15 тысяч студентов. Сейчас здесь идет работа над установкой в 100 PFlop/s. Проблемы с эмбарго на поставки импортного оборудования, с которыми столкнулись в России, хорошо знакомы и китайским коллегам, отметила Ютонг Лу: запрет Запада на продажу компонентов, столь необходимых для создания очередной суперЭВМ, коснулся и КНР. Ответом на это стало решение китайских ученых создать собственные процессоры для завершения работы. Правда, при этом пришлось немного скорректировать сроки выхода новой системы на мировую арену: вместо 2015-го это произойдет в 2016 году.
Среди современных НРС-вызовов Ютонг Лу назвала повышение эффективности суперкомпьютеров, проблемы масштабирования, особенности передачи, обработки и хранения больших данных, увеличение надежности систем, однородность архитектур, снижение энергопотребления… Авиастроение и биомедицина – основные области использования суперкомпьютерных мощностей в Поднебесной. Но сферы применения высокопроизводительных вычислений все время расширяются: так, например, местные госструктуры весьма заинтересованы в супер­ЭВМ для оптимизации работы электронного правительства…
А так у нас
Не менее внимательно, чем доклады зарубежных гостей, слушали участники конференции выступления оте­чественных ученых и представителей компаний-вендоров. О развитии отечественных суперкомпьютерных технологий в РФЯЦ-ВНИИЭФ подробно рассказал заместитель начальника математического отделения Института теоретической и математической физики Андрей Гребенников. Исторически сложилось так, что большие задачи на больших вычислителях в нашей стране решались в ядерных центрах. Ведь именно там всегда была сосредоточена самая современная техника. Уровень их технического обеспечения высок и сегодня. Но, как бы ни была важна аппаратная часть, без соответствующего ПО любое, даже самое совершенное “железо” – всего лишь… “железо”. Статистика, приведенная представителем РФЯЦ-ВНИИЭФ, не радует: 90% используемого в России промышленного софта – это зарубежные коммерческие разработки и только 10% – оте­чественное инженерное ПО. Причем 3% из этой “десятки” составляют авторские коды для решения малых задач и 7% – коды для более широкого использования. Создание междисциплинарных кодов – важная задача для отечественной НРС-отрасли.
Актуальны также развитие технологий численного моделирования, создание суперЭВМ разного уровня производительности, в том числе мини-супер­ЭВМ от 1 до 5 TFlop/s, предоставление удаленного доступа к вычислительным системам, создание специализированного ПО для решения задач инженерного анализа… На государственном уровне существует понимание необходимости поддержки отечественных разработчиков, особенно сегодня, в условиях западных санкций, но финансирование пока отсутствует… Отвечая на вопрос, почему наша промышленность не спешит использовать отечественные разработки в области высокопроизводительных вычислений, Андрей Гребенников назвал отсутствие на предприятиях специалистов должного уровня подготовки, способных решать задачи компьютерного моделирования, слабые вычислительные ресурсы на предприятиях, а также практически повсеместное использование зарубежного ПО и нежелание переходить на российский софт.
Проблем, стоящих сегодня перед суперкомпьютерной отраслью, много и перечислять их можно долго.
– Среди таких проблем – производительность ядра и процессора, – отметил Владимир Воеводин, выступая на пленарном заседании. – Есть ощущение, что закон Мура не то чтобы перестает действовать, но несколько меняется. Соответственно, меняется и его воздействие на суперкомпьютерный мир. Серьезнейшая проблема – энергопотребление. Как строить системы, чтобы они потребляли не мегаватты, а что-то гораздо более разумное и дешевое? Какие принципы построения компьютерных систем должны закладываться в основу суперкомпьютерной техники? Другой важный вопрос, требующий обсуждения, – построение сверхэффективных математических и вычислительных моделей нового поколения. Как их создавать? Как описать подобные программы?
Еще одно очень серьезное стратегическое направление, которое появилось и развивается вместе с суперкомпьютерными технологиями, – большие данные. Сейчас в этой области – настоящий бум. Многие привычные нам вещи порождают огромный поток данных. Вот пример: горнодобывающая компания Rio Tinto, разработавшая и уже воплотившая в жизнь полуфантастический проект Mine of the Future. Компания занимается карьерными разработками, добычей руды. Имеет в арсенале почти 900 огромных карьерных самосвалов, каждый из которых оснащен массой датчиков. Всего за сутки каждый самосвал генерирует 5 терабайт данных, которые передаются в единый центр управления. Там их анализируют, что позволяет более эффективно организовать работу. К концу года у компании будет группировка из 150 беспилотных карьерных самосвалов. Стоит ли объяснять, каким огромным потоком данных придется управлять, анализировать, и всё – в онлайн-режиме?..
Параллелизация кодов – другая не менее актуальная тема. Что есть параллельный код и как он должен меняться в соответствии с появлением новой архитектуры? Как быстро должно адаптироваться программное обеспечение с появлением новых процессоров? Требуется проведение ревизии существующего багажа с точки зрения алгоритмов и программ. Кстати, именно на это направлен проект AlgoWiki – открытая энциклопедия алгоритмов в сети Интернет. Основная задача проекта – разработать фундаментальные основы и формализацию процесса отображения алгоритмов на архитектуру параллельных вычислительных систем (подробнее см. http://algowiki-project.org).
Много поводов для размышлений о том, каков вектор развития суперкомпьютерных технологий и какие вопросы предстоит решать НРС-сообществу, можно найти, анализируя результаты рейтингов высокопроизводительных систем…
Повод для размышлений
По традиции осенних суперкомпьютерных встреч, давших жизнь Russian Supercomputing Days, в первый день конференции была оглашена новая – 23-я – редакция списка Тор50 самых мощных компьютеров СНГ. Она продемонстрировала дальнейший рост производительности суперкомпьютеров СНГ: суммарная производительность систем на тесте Linpack за полгода выросла с 6,87 до 7,3 PFlop/s. А суммарная пиковая производительность систем списка составила 11,46 PFlop/s (против 10,81 PFlop/s в предыдущей редакции списка). Всего за полгода в рейтинге появилось три новых суперкомпьютера и произошло обновление еще двух систем.
Тройка лидеров осталась прежней. Под номером 1 в списке суперкомпьютер “Ломоносов-2” производства компании “Т-Платформы”, установленный в МГУ им. М.В.Ломоносова, чья производительность на тесте Linpack составляет 1849 TFlop/s. Второе место – за суперкомпьютером “Ломоносов” (производительность на тесте Linpack – 901,9 TFlop/s). На третьем месте – суперкомпьютер “Политехник РСК Торнадо” производства Группы компаний РСК, установленный в Санкт-Петербургском политехническом университете (производительность на тесте Linpack – 658,1 TFlop/s). Единственным изменением в первой десятке списка явился выход на 5-е место нового суперкомпьютера HPC4 производства компаний SuperMicro и “Борлас”, установленного в НИЦ “Курчатовский институт”, с производительностью на тесте Linpack 374,13 TFlop/s.
Для попадания в текущую редакцию списка Top50 потребовалась производительность на тесте Linpack 25,08 TFlop/s (против 21,9 TFlop/s в предыдущей редакции), а нижняя граница первой десятки по производительности выросла с 119,9 до 160,9 TFlop/s.
В списке продолжают доминировать системы, построенные на процессорах Intel (49 шт.); процессоры AMD используются в двух системах списка, системы на процессорах IBM в список больше не входят. Число гибридных суперкомпьютеров, использующих для вычислений графические процессоры, увеличилось с 16 до 17 (к 16 системам с ускорителями NVIDIA добавилась система с ускорителями AMD), а количество систем, использующих ускорители Intel Xeon Phi, уменьшилось с 7 до 6.
Количество систем, используемых в науке и образовании, уменьшилось с 19 до 17; число машин, ориентированных на конкретные прикладные исследования, осталось прежним – 10. Систем, используемых в промышленности, стало больше, но всего на единицу – теперь их 7.
Дополнительная информация и статистика списка Top50 представлена на сайте http://top50.supercomputers.ru.
Следующая редакция рейтинга самых мощных компьютеров СНГ будет объявлена в марте 2016 года на Международной научной конференции “Параллельные вычислительные технологии (ПаВТ) 2016”.
О графах и не только
После пленарных докладов пришло время параллельных секций. Отдельную секцию организаторы конференции посвятили технологиям обработки больших графов с использованием современных суперкомпьютеров. Данное направление активно развивается в последнее время. И главной задачей дискуссионной группы было привлечь внимание к этой теме участников конференции.
Темами других секционных заседаний стали квантовые вычисления, администрирование суперкомпьютерных систем, вычислительные сети и суперкомпьютинг, проблемы и перспективы суперкомпьютерного образования и пр.
Отдельная секция, посвященная молодежи, по сути, оказалась конференцией молодых ученых, на которой студенты, аспиранты и соискатели ученой степени кандидата наук получили возможность представить и обсудить результаты своих работ.
О стандартах в области высокопроизводительных вычислений шла речь на заседании недавно образованного при Росстандарте Проектного технологического комитета №700 (ПТК-700) “Математическое моделирование и высокопроизводительные вычислительные технологии”. В перспективе необходимо, чтобы любой расчет, любой продукт, который выходит на рынок из коммерческой или промышленной компании, был сертифицирован с помощью вычислительных технологий. Как наиболее эффективно организовать такой процесс и есть предмет работы данного комитета. Активное участие в этой деятельности представителей отечественного суперкомпьютерного сообщества крайне важно. Это позволит наиболее точно и корректно определить стандарты.
В рамках конференции состоялось также заседание Суперкомпьютерного консорциума университетов России. Его участники обсудили вопросы, связанные с формированием проекта “Национальная суперкомпьютерная инфраструктура” и перспективой представления его в Минобрнауки и далее – Правительству РФ.
Организаторами индустриальной секции конференции выступили компании “Т-Платформы” и “Т-Сервисы”. Представители отечественных промышленных компаний получили возможность обсудить особенности использования современных высокопроизводительных вычислений на практике, рассказали о том, почему им выгодно использовать суперкомпьютерные технологии, в частности, в судостроении, для численного моделирования процессов в камерах сгорания газотурбинных двигателей, привели конкретные примеры применения суперкомпьютерных вычислений для инженерных расчетов отдельных элементов турбин, энергетических объектов, для решения геофизических задач и пр.
Многие компании – спонсоры проведения Russian Supercomputing Days организовали для участников конференции специализированные тренинги и мастер-классы. Какой формат проведения этих мероприятий выбрать – они решали самостоятельно. Так, тренинг корпорации Intel был посвящен программным инструментам Intel для решения научно-исследовательских и прикладных задач. Были представлены современные модели программирования, новейшие программные инструменты и средства разработки, предназначенные для оптимизации и максимального повышения производительности программных приложений заказчика. Программированию GPU для начинающих посвятила свой тренинг компания NVIDIA. Темой семинара Группы компаний РСК были выбраны технологические подходы к построению суперкомпьютерного будущего, обеспечивающие компактность, энергоэффективность, легкость управления и обслуживания. Эксперты РСК обсудили с участниками семинара актуальные тенденции развития НРС-индустрии и представили подходы к построению современных высокоплотных и энергоэффективных суперкомпьютерных решений и центров обработки данных. В ходе мастер-класса, обозначенного в программе конференции как “От двух до… Управляем вычислительным кластером – быстро, наглядно, удобно”, специалисты Hewlett-Packard продемонстрировали возможности утилиты HP Insight CMU по администрированию удаленного 32-узлового вычислительного кластера. Участники семинара компании Mellanox обсудили актуальные тенденции развития и применения технологий скоростного интерконнекта…
Не были обойдены вниманием на Russian Supercomputing Days и школьники. На специальный тренинг “Элементы суперкомпьютерного образования для школьников” организаторы конференции пригласили 50 учителей информатики. Что надо знать ребятам о параллелизме в операционных системах? Какие могут быть варианты первого знакомства школьников с параллельной обработкой данных? Как совершенствовать ИТ-профориентацию в школах? Эти и другие животрепещущие вопросы встраивания основ параллельных технологий в школьный курс стали темами горячих дискуссий.
…Первые Russian Super-computing Days завершились. По словам организаторов, все задуманное удалось реализовать. Выбранный формат конференции – всего-то два дня на насыщенную и разнообразную программу – полностью оправдал себя. Мероприятие получилось динамичным и увлекательным: каждый из более чем 450 участников нашел себе тему по душе.
Большое число участников, по мнению Владимира Воеводина, пожалуй, и есть главная удача Russian Supercomputing Days: в конференцию поверили и приняли ее, проголосовав, как говорится, ногами. Впереди – подготовка к новым супердням.

Нина ШАТАЛОВА
Фото Надира ЧАНЫШЕВА

Нет комментариев