Поиск - новости науки и техники

Резоны для рекордов. Стоит ли гнаться за ростом мощностей?

Легенда суперкомпьютинга, отец-основатель рейтинга Top500, профессор Университета штата Теннесси (США), директор Центра исследований информационных технологий Джек Донгарра (Jack Dongarra) (на снимке слева) решил не ограничиваться посещением одного лишь Национального исследовательского Южно-Уральского государственного университета (см. “Поиск” №17, 2013). Он специально задержался в России еще на сутки, чтобы заглянуть в Межведомственный суперкомпьютерный центр (МСЦ) РАН. Здесь профессор Донгарра не только выступил с докладом о перспективах развития области высокопроизводительных вычислителей, но и смог лично познакомиться с прототипом суперкомпьютера МВС-10П (10-петафлопсного диапазона) с пиковой производительностью 523,8 TFLOPS, созданного на базе инновационной архитектуры “РСК Торнадо” с прямым жидкостным охлаждением. Эта система, введенная в строй в декабре 2012-го, уже в апреле нынешнего года впервые вошла в 18-ю редакцию рейтинга самых мощных суперкомпьютеров СНГ Top50, сразу заняв там второе место. Что касается положения на мировой арене, то в рейтинге Top500 самых высокопроизводительных вычислительных систем планеты МВС-10П находится на 59-м месте. Кроме того, данный вычислительный комплекс имеет рекордный для России и СНГ уровень энергоэффективноcти – более 1949,3 мегафлопс/Вт, а также является крупнейшим за пределами США проектом, выполненным c использованием новейших сопроцессоров Intel® Xeon Phi™.
Директор МСЦ РАН академик Геннадий Савин (на снимке справа) отметил, что приезд выдающегося американского ученого в Россию – событие знаковое:

 – Любой, кто имеет отношение к суперкомпьютерной отрасли, знает имя Джека Донгарры. Он внес значительный вклад в развитие нашей научной области. Поэтому его сегодняшний визит в МСЦ РАН очень важен: ведь всегда интересно узнать, как твою работу оценивают высококлассные специалисты со стороны. Отмечу, что МВС-10П выделяется из серии проектов, которые мы реализовывали до сих пор. Потому что он выполнен в трехсторонней кооперации российского научного учреждения (РАН), отечественного разработчика суперкомпьютерных систем (группа компаний РСК) и зарубежной корпорации (Intel). Этот мощный суперкомпьютер на базе архитектуры “РСК Торнадо” в три раза увеличил производительность вычислительного комплекса МСЦ РАН. Он позволил нам достичь сразу нескольких уникальных показателей в сфере энергоэффективности и управляемости технических средств, обеспечив проведение поисковых исследований на переднем крае суперкомпьютерных дисциплин, а также решение актуальных и фундаментальных научных проблем в рамках Российской академии наук для развития научного и экономического потенциала нашей страны.
Как рассказали специалисты МСЦ РАН, новый суперкомпьютер состоит из 208 вычислительных узлов на базе инновационной архитектуры “РСК Торнадо” с жидкостным охлаждением, самых высокопроизводительных моделей процессоров Intel® Xeon E5-2690 и новейших сопроцессоров Intel® Xeon Phi™, серверных плат Intel® S2600JF и твердотельных дисков Intel® SSD. Вычислительное поле прототипа состоит из 3328 вычислительных ядер процессоров Intel® Xeon® E5-2690 и 25 376 ядер сопроцессоров Intel® Xeon Phi™ SE10X. В каждом узле обеспечивается поддержка большого объема энергоэффективной оперативной памяти – 64 ГБ (DDR3-1600, low voltage green memory), что составляет 4 ГБ на каждое вычислительное ядро Intel® Xeon®. Высокоскоростная сеть передачи данных основана на технологии FDR Infiniband (56 Гбит/с).
Эта вычислительная система уже продемонстрировала рекордные показатели сразу в нескольких направлениях. Например, благодаря использованию современных процессоров Intel® Xeon® E5-2690 и новейших сопроцессоров Intel® Xeon Phi™ в сочетании с передовым жидкостным охлаждением среднегодовые затраты на электроэнергию при эксплуатации данной машины могут быть сокращены на 60%. В результате МВС-10П занял в ноябре 2012 года 30-е место в мировом рейтинге самых энергоэффективных компьютеров мира Green500, показав лучший результат среди российских систем за все время их присутствия в этом списке. Кроме того, МВС-10П отличается высочайшей вычислительной плотностью (181 TFLOPS на одну стойку 80см*80см*42U, что в 3,8 раза лучше предыдущего мирового рекорда для х86 архитектур). Высокая вычислительная плотность необходима для суперкомпьютеров экзафлопсного диапазона производительности, содержащих сотни вычислительных стоек с энергопотреблением более 100 кВт каждая. Уникальный уровень плотности, реализованный в прототипе системы МВС-10П на базе архитектуры “РСК Торнадо”, подтверждает достижимость требуемого результата при создании столь высокопроизводительных систем. Наконец, новый суперкомпьютер МСЦ РАН оснащен технологией гибкого управления энергопотреблением “РСК ЭКОсистема”, которая позволяет дополнительно уменьшить суммарную стоимость владения машиной на 25%. Данная технология впервые внедрена в суперкомпьютере МВС-10П на базе архитектуры “РСК Торнадо”.
Как сообщил исполнительный директор группы компаний РСК Алексей Шмелев, использование сопроцессора Intel® Xeon Phi™ в архитектуре “РСК Торнадо” позволило в 5,5 раза улучшить предыдущий рекорд по энергоэффективности для России и стран СНГ (также принадлежавший группе компаний РСК), достигнув значения более 1949 мегафлопс/Вт.
– Хочу воспользоваться случаем, представившимся на сегодняшней нашей встрече, и выразить огромную благодарность всему коллективу МСЦ РАН, – заявил Алексей Шмелев. – Нам очень приятно работать с заказчиком столь высокой квалификации. Совместная работа со специалистами МСЦ РАН помогает нам на самом высоком уровне реализовывать проект и лучше понимать, где еще есть пространство для дальнейшего усовершенствования системы. Надеемся, вместе нам удастся построить такой супервычислительный комплекс, который предоставит пользователям МСЦ новые возможности для решения их научных задач.
По словам вице-президента корпорации Intel и генерального директора Intel Technical Computing Group Раджа Хазры (Raj Hazra), повышение производительности и улучшение возможностей программирования суперкомпьютерных систем являются глобальным вызовом на пути к экзафлопсной эре: “Для нас большая честь участвовать в создании стратегической российской вычислительной системы. Очень приятно, что суперкомпьютерный проект в МСЦ РАН стал первым в Европе и одним из первых в мире внедрений с использованием новейших сопроцессоров Intel® Xeon Phi™”.
Джек Донгарра остался глубоко впечатлен увиденным в МСЦ РАН. В своем выступлении, основанном на аналитике результатов знаменитого в суперкомпьютерной индустрии теста LINPACK, собранных за прошедшие 20 лет, он сообщил российским коллегам, что до создания компьютера экзафлопсного уровня производительности человечеству остается буквально несколько шагов. То, что такая машина вскоре появится, уже не подлежит никакому сомнению. Основная проблема, по мнению профессора Донгарры, сегодня заключается в том, как будет обеспечиваться корректная и эффективная работа такого супервычислителя. Ведь уже сейчас огромные сложности вызывают высокое энергопотребление суперкомпьютеров и большая стоимость их энергоснабжения. Кроме того, значительная доля этого энергопотребления расходуется не на сами вычисления, а на передачу данных между узлами машины, а они к тому же порой выходят из строя. Соответственно, нужно сосредоточить все силы на разработке новых алгоритмов, которые снизили бы количество внутренних синхронизаций и коммуникаций, сделали бы новые системы более устойчивыми к сбоям.
Отвечая на вопросы о потоке критики, обрушившейся на рейтинг Top500 и тест LINPACK в последнее время – мол, измерение суперкомпьютерной производительности в течение 20 лет лишь одной метрикой не способствует прогрессу в этой области, Джек Донгарра заверил участников встречи, что он сам с этим утверждением полностью согласен:
– Тем более что метрика эта была разработана нами еще в 1978 году, а не в 1993-м, когда впервые начала активно использоваться. Да, одним тестом все мерить нельзя, нам необходима целая линейка испытаний, чтобы корректно сравнивать высокопроизводительные компьютерные системы. Приложения, которые на них используются, достаточно сложны, и нужно, чтобы мы могли проверить различные аспекты компьютера, для того чтобы по-настоящему оценить его производительность. Поэтому со временем стали появляться новые тесты, например HPC Challenge Benchmark – набор тестов, предназначенный для оценки нескольких атрибутов суперкомпьютеров, которые значительно влияют на производительность. Сегодня он включает в себя семь различных тестов, один из которых – LINPACK. Только замеряя несколько разных параметров, мы сможем получить общую картину.
Тем не менее, по словам профессора Донгарры, специалистам до сих пор очень сложно собрать полный объем данных, а потом свести их к единому показателю. В будущем ученый рассчитывает на появление различных новых метрик, руку к разработке которых, быть может, приложат и молодые профессионалы из России, где в последние годы активно развивается проект по созданию системы подготовки высококвалифицированных кадров в области суперкомпьютерных технологий и специализированного программного обеспечения…
Отвечая на вопрос корреспондента “Поиска” о своих планах по наращиванию вычислительных мощностей, директор МСЦ РАН академик Геннадий Савин отметил, что круг пользователей суперкомпьютерного центра постоянно расширяется. Сейчас МСЦ обслуживает более 100 организаций, в центре работает 181 группа исследователей, решается более 900 задач фундаментальной и прикладной направленности: “Одним словом, работы у наших ученых много, вкус к суперкомпьютерным вычислениям у них появился. Поэтому возникла потребность в увеличении вычислительных мощностей, которая инициирована именно пользователями”. По словам академика Савина, в ближайших перспективах МСЦ РАН – создание машины 10-петафлопсного уровня. Однако это не значит, что строить ее придется с нуля: уже в нынешнем году специалисты МСЦ вместе со своими партнерами постараются провести модернизацию существующего супервычислительного комплекса.
Заместитель директора МСЦ РАН Борис Шабанов рассказал, что к вычислительным ресурсам МСЦ постоянно выстраивается очередь, участники которой проходят строгий отбор, прежде чем получить шанс посчитать свои задачи на МВС-10П:
– Каждый год мы регистрируем новых пользователей, ведем их непрерывный учет. В частности, отслеживаем, откуда финансируются их проекты, которые должны быть исключительно некоммерческими и только российскими. Средства на эти эксперименты могут идти лишь из бюджета, например, через гранты Министерства образования и науки или Российского фонда фундаментальных исследований и т.д. Потенциальный пользователь должен предоставить нам подробную программу своих изысканий, указать, что именно ему нужно и зачем.
– Отмечу, что в последние годы мы изменили парадигму развития суперкомпьютеров в целом, – подвел итог встречи в МСЦ РАН академик Геннадий Савин. – Если ранее все это походило на некое соревнование, то сейчас смысл не в том, чтобы достичь рекордных мощностей в кратчайшие сроки, а в том, что мы с этими супервычислителями делаем, какие приложения на них задействуем. Теперь во главе всего стоят задачи пользователей, именно они определяют наши потребности.

Наша справка:
Межведомственный суперкомпьютерный центр РАН (открыт в 1999 году, имеет филиалы в Санкт-Петербурге и Казани) – один из самых мощных суперкомпьютерных центров коллективного пользования в России в сфере науки и образования. Основными задачами МСЦ являются:
обеспечение научных исследований, проводимых в институтах РАН, современными вычислительными и телекоммуникационными ресурсами;
оказание методической помощи исследователям в использовании высокопроизводительных вычислительных средств и современных средств обработки информации и подготовка научных кадров высшей квалификации;
обеспечение доступа к современным электронным библиотекам и архивам, базам и коллекциям данных;
проведение исследований по развитию системного и прикладного математического обеспечения, а также решение задач большой сложности.

Анна ШАТАЛОВА
Фото автора

Нет комментариев