subscribe.ru/digest/

Не так давно высокопроизводительные вычисления преодолели планку производительности в один петафлопс (квадриллион, или 1015 операций с плавающей запятой в секунду). . Вычислительная мощь настольных ПК отстает от производительности суперкомпьютеров примерно на 12 лет. Иными словами, по уровню производительности сегодняшние профессиональные ПК практически полностью соответствуют суперкомпьютерам 12-летней давности. Поэтому положение дел с высокопроизводительными вычислениями (High Performance Computing, HPC) определяет ситуацию на рынке пресональных систем в следующем десятилетии.

Ведущие страны мира используют и совершенствуют возможности суперкомпьютеров для решения особо сложных задач науки, образования, экономики, для формирования долгосрочных прогнозов, в том числе в области метеорологии и экологии, с целью обеспечения национальной безопасности. Суперкомпьютеры сегодня – это кластерные серверы с несколькими десятками, сотнями и даже тысячами процессоров, работа которых строится на одновременном выполнении задач, специально разделенных между собой в общей структуре исполнения программ, поскольку именно это необходимо для повышения быстродействия при получении итогового результата. Такой способ организации называется параллельными вычислениями. Эта отрасль программирования подразумевает разделение задач (распараллеливание) на множество потоков.

Сегодня они актуальны для суперкомпьютеров из списка ТОР500, но уже в недалеком будущем станут рядовым делом для пользователей настольных компьютеров. В последние годы Правительство России уделяет большое внимание наукоемким технологиям и резервирует значительные средства на развитие нанотехнологий, однако это возможно лишь при максимально широком использовании суперкомпьютеров. В этой связи Россия стремится следовать в русле общих мировых тенденций, наращивая свои ресурсы высокопроизводительных вычислений. В его очередную редакцию TOP500 в июне 2008 года попали восемь российских суперкомпьютеров (напомним, что в ноябре 2006 года в нем присутствовал лишь один, а в июне 2007 года - четыре).

Два года назад весь мир перешел на многоядерные CPU, и это кардинальным образом поменяло ситуацию с НРС - до этого рост производительности суперкомпьютеров происходил почти линейно. Но с появлением четырехядерных процессоров достижение производительности в один терафлоп существенно упростилось: сегодня это можно сделать с помощью одной «корзины» блейд-серверов, что доступно не только крупным, но и средним предприятиям. Однако экономика оказалась неготовой к тому, чтобы эффективно использовать столь высокую вычислительную мощность. К тому же появилась возможность строить системы, обладающие тысячами и десятками тысяч ядер, и возник вопрос о направлении дальнейшего движения, поскольку ПО стало несостоятельным в решении задач распараллеливания вычислений на столь большое количество процессоров.

Это одна из главных проблем, возникшая в связи с появлением суперкомпьютеров с производительностью 0,5–1 петафлоп. Упомянутая проблема касается ПО всех уровней. Операционные системы должны уметь работать с десятками тысяч ядер, поэтому встал вопрос об архитектурах суперкомпьютеров – программы просто не успевают адаптироваться к скачку производительности. Возникает сомнения: а следует ли продолжать «гонку за петафлопами» или лучше ограничиться системами среднего размера? Важно отметить, что в России высокопроизводительные вычисления развиваются очень активно. Именно в этой отрасли наша страна может стать одним из мировых лидеров. Но для этого требуются серьезные усилия и финансовые вложения и, прежде всего, участие государства. Ни одна коммерческая структура не способна на координацию столь масштабных действий. Очевидно, активное участие в этом должно принимать научное сообщество, следует разработать специальную программа по коммерциализации результатов НРС.

Активно работавшая в 2007 году государственная программа «Образование» привела к появлению целого ряда установок, расположенных не только в Москве. Среди них суперкомпьютеры в УГАТУ (Уфа), Новосибирске, Красноярске и Томске (первая реализация по программе СКИФ). Важнейшей практической задачей является внедрение суперкомпьютеров в индустрии. В августе 2008 года объявлено, что НПО «Сатурн» завершило проект по созданию суперкомпьютерного центра, где был запущен в эксплуатацию самый высокопроизводительный суперкомпьютер в промышленности России и СНГ мощностью 14,3 терафлопс на базе 1344 четырехъядерных CPU Intel Xeon.

Широко используются высокопроизводительные вычисления в нефтяной и газовой отрасли, правда там для решения самых разных задач используются кластеры невысокой по нынешним меркам производительности – 2-4 терафлопс. К сожалению, в России неактивно ведется разведка новых месторождений, а значит и нет острой потребности в более производительных компьютерах. Основная идея использования мощных вычислительных средств в промышленности – это сокращение издержек при добыче ископаемых, поэтому в современных условиях мирового экономического кризиса они могут стать средством выживания. Для НРС есть и еще одна очень интересная сфера применения –нанотехнологии. Для того чтобы завтра можно было создавать и использовать новые материалы и продукты на их основе, сегодня надо все основательно просчитать, для чего просто необходимые мощные вычислительные ресурсы. Кстати, в этой области в мире существует достаточно много моделей и открытого ПО, которое можно с успехом использовать.

Корпорация Intel активно сотрудничает с исследовательскими организациями, которые разрабатывают схемы моделироания наноструктур с заданными свойствами, и этот опыт вполне можно использовать в России. Иной перспективной областью для использования НРС является создание новых лекарственных препаратов. Выскоопроизводительные вычисления позволяют заменить обычный скрининг (проверку очередного нового химического соединения на его пригодность для лечения тех или иных заболеваний) целенаправленным моделированием нужных молекул веществ, которые в состоянии оказывать целенаправленное терапевтическое воздействие на болезнь и ее симптомы. И даже более того: HPC ускоряют и облегчают выявление причин человеческих недугов.

Как видим, суперкомпьютеры решают суперзадачи: это не стрельба по воображаемым противникам на домашней персоналке. Поэтому, для поднятия экономики страны, вывода производства на новый качественный уровень оборудование, о котором говорилось выше, крайне необходимо. Конечно, это требует коллосальных капиталовложений и грамотного руководства проектами, но и окупится со временем стократ.