суперкомпьютеры в России


Предыдущая | Следующая

У России и СНГ теперь есть свой рейтинг суперкомпьютеров: Top50 (www.supercomputers.ru). Его создатели уверены, что за сверхмощными вычислительными системами - будущее.

По их словам, Союзное государство России и Белоруссии является одной из четырех стран, которым доступны такие технологии наряду с США, Китаем и Японией. И если воспользоваться этим преимуществом, можно радикально повысить конкурентоспособность нашей экономики с ее нынешней структурой. Казалось бы, тяжелое машиностроение, энергетика и добыча природных ресурсов - далекие от хайтека области. Оказывается, ровно наоборот: индустрии высокие технологии даже нужнее, чем сфере услуг.

Организаторы списка самых мощных суперкомпьютеров СНГ Top50 - Межведомственный суперкомпьютерный центр РАН и Научно-исследовательский вычислительный центр МГУ им. М.В. Ломоносова. На сегодняшний день этот рейтинг - Тор50 - единственный источник информации о том, какими высокопроизводительными вычислительными мощностями располагают отечественные предприятия и организации. До недавнего времени эта информация была полностью закрытой, но за последний год рынок таких решений активизировался, высокопроизводительные вычислительные машины стали востребованы коммерческим сектором. Поэтому и понадобилась подробная статистика. Она формируется по заявительному принципу и, соответственно, не включает оборонные разработки. Впрочем, американцы не стесняются включать компьютеры исследовательских лабораторий, работающих на военных, в мировой рейтинг Top500 (www.top500.org).

Проект составления рейтинга СНГ Top50 стартовал в мае этого года. Первая редакция была представлена в декабре, а обновляться он будет два раза в год. Но заместитель директора НИВЦ МГУ Владимир Воеводин грозится предъявить следующую редакцию уже через три месяца и обещает много нового: "Данная редакция списка - это лишь самое начало проекта. Мы знаем о многих крупных вычислительных системах, установленных на территории СНГ, но сейчас в списке не упомянутых".

"Суперкомпьютерная отрасль - хребет государства XXI века, - заявил Сергей Абрамов, исполнительный директор программы "СКИФ" (skif.bas-net.by) со стороны России. - Я испытываю гордость за то, что мы так умеем". Высокопроизводительный компьютер СКИФ К-1000 занимает в отечественном рейтинге Top50 первую строку (см. rg.ru/2004/11/25/skif.html), а в международном Top500 (www.top500.org) стоит на 98-м месте. Машины в этих списках ранжируются по результатам "синтетического" теста LINPACK - то есть научной вычислительной задачи, не имеющей отношения к промышленным применениям суперкомпьютеров. Абрамов утверждает, что на момент 7 декабря 2004 года СКИФ К-1000 занял в рейтинге Top Crunch при решении реальной задачи на столкновение трех автомобилей первое место, даже не используя свою полную мощность.

Мощность мощности рознь. Даже если говорить о настольных, бытовых компьютерах. Одни пользователи играют в игры с трехмерной графикой, другие - делают домашнее видео и обрабатывают картинки. Сегодня для этого нужно покупать разные ПК, с процессорами от разных производителей. Что уж говорить о промышленных компьютерах. Вычислительные комплексы для ведения базы данных банка и для моделирования землетрясения - это совершенно разные задачи. В частности, суперкомпьютеры есть двух типов: с общей памятью (так называемая архитектура SMP, "симметричный мультипроцессинг") и кластерные. Первые проще программировать - почти как обычный бытовой ПК. Но сами по себе они стоят безумно дорого. А вот кластеры - конструкция из множества "дешевых" серверов, связанных сверхбыстрыми соединениями и единой системой управления. На них можно гораздо дешевле решать "параллельные" вычислительные задачи, где моделируются обширные процессы, каждую точку которых можно обсчитывать почти независимо от остальных - благо они однотипны. Это могут быть, например, кинокадры с компьютерной графикой, расчеты прочности конструкций, геофизические процессы или взрывы. Кластеры так популярны, что созданы специальные системы, позволяющие "распараллелить" почти любую задачу. Однако построить кластер не так просто как можно подумать. Во-первых, для суперкомпьютеров берутся самые современные процессоры и другие компоненты. Обеспечить их совместимость, да так, чтобы производительность была высокой, чтобы отношение цена/производительность была привлекательной, - проблема. Во-вторых, нужно обеспечить совместимость "запчастей" от разных производителей, решить, какими "проводами" связать, как обеспечить энергопитание, наконец - как отвести тепло. Ведь даже для современного настольного компьютера главное препятствие для роста мощности - тепловыделение микросхем. Поэтому главный источник шума в мощных домашних машинах - вентиляторы, а некоторые любители даже покупают системы водяного охлаждения. Представьте себе, как проблемы возникают с сотнями еще более мощных процессоров, размещенных в ограниченном объеме. В общем, архитектура такой системы - отдельная наука. И как раз в ней российские ученые и технологи достигли серьезных успехов.

А ведь еще шесть лет назад системы полностью приходилось закупать у американцев. В 1998 году американскими СМИ сообщалось, что корпорация IBM согласилась выплатить штраф в 8,5 миллиона долларов за то, что без санкции властей США она поставила в Россию компоненты суперкомпьютерной системы и ее сотрудник помог установить их в Арзамасе-16. Судя по появлению рейтинга Top50, теперь эти задачи мы способны решать самостоятельно.

Правда, по показателям мощности мы пока многократно отстаем. Вычислительную производительность суперкомпьютеров измеряют в условных "гигафлопсах" (расшифровывается это как миллиарды операций в секунду, но наглядных аналогий для этих цифр нет). Так вот, мощность СКИФ К-1000 с его 576 процессорами - 2023 гигафлопса. На втором месте - кластер Межведомственного суперкомпьютерного центра РАН из 336 процессоров - 1401 гигафлопс. На третьем - их же "старая" система из 768 более слабых процессоров - 724 гигафлопса. А мировая тройка лидеров - американские IBM Blue Gene/L, NASA Columbia и японский Earth Simulator - это 70 720, 51 870 и 35 860 гигафлопс. То бишь, даже третий компьютер из мирового рейтинга в разы обгоняет по мощности все машины нашего Top50 вместе взятые. Сумма нашей полусотни - 8040 гигафлопс.

Но это уже вопрос финансирования, а не технологии. Скажем, на всю программу "СКИФ" ушло 4 года и 10 миллионов долларов, из них сам по себе суперкомпьютер СКИФ К-1000 стоит менее двух - по суперкомпьютерным меркам это очень скромно. (Для сравнения - в США за тот же период на государственные суперкомпьютерные программы потратили 6 миллиардов долларов.) И тут-то начинается самое интересное. По словам Сергея Абрамова, в мировой сотне большинство систем принадлежат корпорациям, в том числе - нефтяным. При помощи геофизического моделирования можно не только существенно удешевить разведку недр, но и получать прогнозы, которые иначе были бы невозможны. Учитывая, какую роль добытчики полезных ископаемых играют в российской экономике, ученые рассчитывают получить от них заказы, которые позволят создать системы, делающие нас конкурентоспособными не только по уровню технологий, но и по мощности. Разделят ли нефтяники энтузиазм - покажет время. В любом случае появление рейтинга суперкомпьютеров СНГ расширяет перспективы развития информационных технологий в России, которым последнее время уделяется столько внимания.

   Конкретно

Огромные запасы нефти в нашей стране предполагаются на шельфе Северного ледовитого океана. Ее количество там, как рассчитывают ученые, превышает объем всех существующих российских месторождений на суше и оценивается в триллионы долларов. Средства, применяемые для разведки нефти на суше, слишком дороги для разведки морских месторождений и не позволяют точно определить их границы и глубину залегания. Разведка и оценка предполагаемых запасов нефти возможны только с использованием суперкомпьютеров, которые позволяют выполнить сложные вычисления, основываясь на небольших объемах информации, собранных исследовательскими судами.

Например, норвежская государственная нефтедобывающая компания "Статойл", ведущая добычу нефти на Северном море в схожих условиях, является одним из наиболее хорошо оснащенных мощной вычислительной техникой нефтяных гигантов. В ноябре 2003 года их компьютер занимал в мировом рейтинге 338-е место с реальной производительностью в 511 гигафлопс. В этом году для попадания в Top500 нужна мощность минимум 800 гигафлопс, так что он в список уже не попал.

У Saudi Aramco (крупнейшая нефтедобывающая компания в Саудовской Аравии) в 2003 году была система в 609 гигафлопс. Она позволяла, по их собственным словам, "значительно сократить расходы на сбор и обработку геофизических, геологических и сейсмографических данных, повышая одновременно с этим их качество, а также строить трехмерные модели нефтяных и газовых месторождений с высокой степенью визуализации". Экономически это было эффективно, поэтому в этом году у них компьютер на 45-м месте в Тор500 с реальной производительностью в 3755 гигафлопс.

Построение высокоточных трехмерных моделей месторождений существенно снижает риски возникновения аварийных ситуаций на буровых платформах. Так, например, отсутствие точной сейсмографической информации было одной из причин, вызвавших аварию на буровой платформе P-36, принадлежащей бразильской нефтяной корпорации Petrobras в марте 2001 года. В результате этой аварии погибло 10 человек, а крупнейшая в мире на тот момент платформа, находившаяся в 78 милях от Рио-де-Жанейро, была выведена из строя. После этого бразильцы установили суперкомпьютер, который в ноябре 2003-го занимал 337-е место в Тор500 с производительностью в те же 511 гигафлопс.

"Российская газета" - Федеральный выпуск №3676 от 19 января 2005 г.