2015/11/24 01:34:42

Суперкомпьютеры (рынок России)

Национальный рынок суперкомпьютеров переходит в состояние ожидания политической стабильности и экономической предсказуемости.

Каталог Суперкомпьютеры (системы и проекты) доступен на TAdviser.

Содержание

История развития рынка

2009

Данный сегмент рынка показывает достаточно высокую динамику роста – в 2009 г. рынок вырос на 20% по сравнению с 2008 г. При этом основными потребителями услуг такого рода выступает наука (82%), а также стратегический сектор (13%), промышленность (3%) и добывающий сектор (2%).

На июль 2009 г. по словам Игоря Щеголева, главы Минкомсвязи, в организациях науки, образования и промышленности создано 47 крупных суперкомпьютерных центров. Суммарная производительность этих систем с учетом суперкомпьютеров специального назначения составляет на сегодняшний день 521 терафлопс. Щеголев также напомнил, что в МГУ осенью этого года планируются экспериментальные запуски отечественного суперкомпьютера мощностью до 500 терафлопс, а также наблюдаются (хотя и по-прежнему очень мало) позитивные примеры внедрения малых суперкомпьютеров (до 1 терафлопс) в коммерческом секторе.

«Несмотря на то, что нам есть что предъявить, мы существенно отстаем от мировых лидеров, - заявил Дмитрий Медведев. - В списке стран, где установлены самые мощные суперкомпьютеры, мы стоим на 15-м месте. Из 500 супервычислительных систем, как известно, 476 занимают компьютеры, изготовленные в США». Такая ситуация, по мнению главы Минкомсвязи, объясняется недостаточной поддержкой прикладного использования суперкомпьютеров как со стороны государства, так и со стороны коммерческого сектора. Кроме того, здесь сказалось - и продолжает сказываться - отсутствие цифрового телекоммуникационного ресурса и зачастую завышенные цены на его использование.

По словам Щеголева, базовыми принципами основ госполитики в области суперкомпьютеров и грид-технологий должны стать централизованное управление и организация работ по созданию соответствующей инфраструктуры, целевое выделение средств на наиболее важные проекты, государственная поддержка в приоритетных направлениях их использования, а также частно-государственное партнерство в программах и проектах. Министр подчеркнул, что уже готовятся конкретные проекты по наращиваю мощностей существующих центров, а также по связыванию всех центров в единую сеть. Другие направления, по которым уже делаются определенные шаги – это подготовка специалистов и популяризация подобного рода решений, «возможно, даже включение такого рода решений в условия предоставления государственной помощи по отдельным крупным проектам».

Тема стимулирования отечественной суперкомпьютерной отрасли поднималась президентом РФ на заседании Комиссии по модернизации и технологическому развитию экономики России. Тогда стало известно, что на создание суперкомпьютера производительностью квадриллион операций в секунду (1 петафлопс) во Всероссийском НИИ экспериментальной физики будет выделено 2,5 млрд руб.

2010

Всего в России развернуто и действует более 50 суперкомпьютеров, которые представлены в национальном рейтинге суперкомпьютеров ТОП-50. Лидером рейтинга является суперкомпьютер, развернутый в Научно-исследовательском вычислительном центре МГУ им. М.В. Ломоносова, который в мировом рейтинге ТОП-500 суперкомпьютеров занимает 17 место. Всего в мировом списке присутствует 11 российских суперкомпьютеров.

По данным Минкомсвязи РФ в 2010 г. в России было организовано производство компактных суперкомпьютеров мощностью 1 Тфлопс (первая серийная партия поставлена предприятиям высокотехнологичных отраслей промышленности – ОАО «ОКБМ Африкантов», ОАО «Атомэнергопроект», ОАО «ОКБ «Гидропресс», ОАО «ОКБ Сухого»). Проведены научно-исследовательские работы по разработке универсального компактного суперкомпьютера производительностью 3 Тфлопс, серийное производство которого запланировано на 2011 год. Кроме того, завершаются работы по доведению мощности суперкомпьютера МГУ «Ломоносов» до пиковой производительности 500 Тфлопс.

Разработаны первые версии отечественных пакетов программ имитационного моделирования на суперкомпьютерах с массовым параллелизмом, проводится адаптация пакетов имитационного моделирования на предприятиях ОАО «ОКБМ Африкантов», ОАО «Атомэнергопроект», ОАО «ОКБ «Гидропресс».

2013

Рейтинг TOP 50 самых быстрых суперкомпьютеров России.

2014

На конференции «Научный сервис в сети Интернет» состоялось объявление очередной редакции списка 50 самых высокопроизводительных компьютеров в России. Конференция проведена с 22 по 27 сентября 2014 года в Абрау-Дюрсо.

Пять самых быстрых вычислительных машин создали компании Т-Платформы, Hewlett-Packard, Группа компаний РСК.

Рейтинг TOP 50 самых быстрых суперкомпьютеров России. 21-я редакция рейтинга от 23 сентября 2014 года.

Суперкомпьютеры Hewlett Packard в TOP 50 России

26 сентября 2014 года HP объявила - 5 суперкомпьютеров компании вошли в новую редакцию TOP-50 самых высокопроизводительных систем России. Компания опередила всех вендоров по количеству её систем, вошедших в последнюю редакцию списка. В рейтинг заявлено 19 систем.

  • HP System X - второе место в рейтинге. Суперкомпьютер состоит из 150 узлов, каждый из которых – сервер HP ProLiant SL270 G8 с двумя процессорами Intel Xeon E5-2660 и тремя ГПУ nVidia Tesla K20. Коммуникационная сеть MPI – GbEthernet. Максимально достигнутая производительность (Rmax) по тесту Linpack составила 408 980 TFLOPS. Эффективность 71,9%.

  • HP System Z - 16 строка рейтинга. Суперкомпьютер создан из 60 узлов конфигурации, аналогичной HP System X, но использованы ГПУ nVidia M2070Q. Коммуникационная сеть MPI GbEthernet. Максимальная производительность – 60 643 TFLOPS.

  • HP System Y - третья система заняла 18 место. Суперкомпьютер построен из 30 аналогичных предыдущим узлов с ГПУ nVidia M2090. Коммуникационная сеть MPI – GbEthernet. Максимальная производительность машины – 52 783 TFLOPS.

Перечисленные системы установлены в интересах одного поставщика ИТ-услуг и применяются для работы ПО, активно использующего возможности векторных вычислений.

  • PTG-hp Seismic 3 заняла 44 место. Суперкомпьютер содержит 128 двухпроцессорных узлов без применения ускорителей. Максимальная производительность – 23 344 TFLOPS. Основа этого суперкомпьютера заложена несколько лет назад и после серии модернизаций, последняя из которых завершена летом 2014 года, машина достигла уровня быстродействия самых высокопроизводительных систем России. Суперкомпьютер установлен в московском офисе компании «ПетроТрейс Глобал» и используется для обработки и анализа сейсмических данных при поисках нефти и газа.

  • Cherry занимает 49 место. Пятая система HP в рейтинге. В составе суперкомпьютера 64 узла, каждый из них – это сервер HP ProLiant SL230 с установленными двумя процессорами Intel Xeon E5-2670 без применения ускорителей. Эта система демонстрировала максимальную производительность в 18 085 TFLOPS. Суперкомпьютер установлен в Национальном исследовательском технологическом университете «МИСиС».

Все системы HP, вошедшие в рейтинг, созданы с применением стандартных технологий и используют для охлаждения воздух.

Новый, самый мощный в России суперкомпьютер

18 ноября 2014 года российский производитель суперкомпьютеров «Т-Платформы» сообщил, что завершает тестирование и пуско-наладку новой высокопроизводительной вычислительной системы для МГУ с пиковой производительностью 2,57 Пфлопс. В ноябрьском рейтинге Топ-500 мощнейших суперкомпьютеров мира эта система заняла 22 место. Подробности.

Итоги и перспективы

2014 год оставляет впечатление как достаточно непредсказуемый и неоднозначный год в истории развития технологий высокопроизводительных вычислений в России и мире. Несмотря на мировые рекорды, поставленные отечественными производителями суперкомпьютерных систем, позитивная тенденция улучшения позиций России в TOP-500, сложившаяся в стране к концу 2014 года, общая политическая и экономическая ситуация обещают не лучшие времена в среднесрочной перспективе[1].


Путь к экзафлопсным вычислениям

Cуперкомпьютерная система Tianhe-2 («Млечный путь 2») Китайского национального университета оборонных технологий четвертый раз подряд встала во главе TOP-500 с производительностью 33,86 Пфлопс в тесте Linpack — на протяжении последних двух лет она не претерпела изменений. Не изменились конфигурации уступающих ей почти вдвое и занимающих соответственно второе и третье место систем Titan Cray XK7 (17,59 Пфлопс) и Sequoia (17,17 Пфлопс). Единственное пополнение десятки лидирующих суперкомпьютеров в последнем выпуске TOP-500 - замыкающая список система Cray CS-Storm неназванного департамента правительства США с производительностью 3,57 Пфлопс.

Начиная с пятой позиции рейтинга мощность систем измеряется уже единицами петафлопс, а начиная с 51-й позиции — сотнями терафлопс. Здесь заметен прогресс: в предыдущей 43-й редакции TOP-500 полугодичной давности насчитывалось 37 систем с производительностью более 1 Пфлопс. В нижней части рейтинга прирост производительности оказался минимальным за последние два десятилетия, хотя система, занимающая в новой редакции рейтинга последнее 500-е место, полгода назад была на 421-й позиции.

Любопытен срез по применяемым в современных суперкомпьютерах графическим акселераторам и сопроцессорным модулям, оказывающим значительное влияние на суммарную производительность систем в определённых задачах. Так, первая и седьмая системы лидирующей десятки используют сопроцессоры Intel Xeon Phi, в то время как вторая и шестая имеют GPU компании Nvidia. В целом 75 систем из вошедших в последний перечень TOP-500 работают с применением ускорителей и сопроцессоров (годом ранее таковых насчитывалось всего 62). Полсотни из них используют графические чипы Nvidia, три работают с GPU ATI Radeon, 25 систем выполнены с применением технологии Intel MIC (Xeon Phi).

Процессорные решения Intel, как и раньше, являются платформой для подавляющего числа систем из рейтинга TOP-500 (85,8%). Остальные платформы представлены (в убывающем порядке) процессорами IBM Power, Fujitsu SPARC64 и AMD Opteron.


Страны и континенты

Несмотря на то что самый мощный суперкомпьютер планеты по-прежнему находится в Китае, США остаются страной с наибольшим присутствием в TOP-500 (231 система), но несколько сдают свои позиции (в ноябре 2013-го США были представлены 265 системами). Снизилось и суммарное число представленных в рейтинге суперкомпьютеров из Азии — со 132 до 120 (конкретно китайских — с 76 до 61). Увеличилось число европейских систем — со 116 в июне 2014 года до 130 в ноябре 2014 года.

В летнем, 43-м рейтинге TOP-500 присутствие российских систем сократилось до минимальных за последние годы пяти систем, при этом лучшая из них, суперкомпьютер «Ломоносов» при МГУ, занимала 42-ю строку мирового рейтинга. В последней, ноябрьской редакции рейтинга, ситуация изменилась: в составе присутствует девять российских суперкомпьютеров. Новый вычислительный кластер МГУ на платформе процессоров Xeon, ускорителей Nvidia K40 и межблочных соединений Infiniband FDR, созданный компанией «Т-Платформы», вышел на 22-е место TOP-500 с производительностью 1,849 Пфлопс.

Впервые появилась в рейтинге и сразу удачно «приземлилась» на 189-е место с показателем 289,5 Тфлопс система российской компании Niagara Computers, выполненная на платформе решений Supermicro, процессоров Intel Xeon, ускорителей Nvidia K20 и межсоединений Infiniband FDR.

Впечатляющие итоги года продемонстрировала российская группа компаний РСК. Количество суперкомпьютеров её производства в рейтинге TOP-500 удвоилось: в новую редакцию вошли четыре системы РСК с прямым жидкостным охлаждением, включая разработанные для Санкт-Петербургского государственного политехнического университета (СПбПУ) кластерную систему «Политехник РСК Торнадо» на базе 14-ядерных процессоров Intel Xeon (658 Тфлопс, 81-е место) и суперкомпьютер на базе массивно-параллельной системы RSC PetaStream с процессорами Intel Xeon и 60-ядерными сопроцессорами Intel Xeon Phi 5120D (170,5 Тфлопс, 390-е место). В результате после ввода в эксплуатацию, который запланирован на следующий год, суммарная пиковая производительность нового суперкомпьютерного центра СПбПУ превысит 1,1 Пфлопс.

На 133-й позиции списка построенный РСКсуперкомпьютер МВС-10П МСЦ РАН (523 Тфлопс), а 190-е место занимает вычислительный кластер (473 Тфлопс) Южно-Уральского государственного университета (ЮУрГУ) в Челябинске.

В общем зачёте по числу суперкомпьютеров, входящих в TOP-500, лидеры: HP (179 систем, две из них — в России) и IBM (153 системы), показатели обеих компаний снизились со времени предыдущего рейтинга. Замыкает тройку лидеров Cray с 62 системами.


Трансформация

Рынок HPC находится в периоде существенных изменений. По мнению Раджиба Хазры, вице-президента Intel и руководителя группы технических вычислений компании, нынешнюю трансформацию рынка суперкомпьютеров не стоит описывать словами "лучше" или "больше", скорее это фундаментальное изменение модели использования технологий посредством интеграции, совместных разработок, совершенствования программных платформ и даже изменения бизнес-моделей предоставления HPC-вычислений, в первую очередь в виде суперкомпьютеров как сервиса.

Дальнейшее развитие рынка высокопроизводительных вычислений в Intel связывают с более глубокой интеграцией различных компонентов системы на едином кристалле в рамках развития архитектуры Intel MIC (Many Integrated Core). На конференции SC’14 компания представила новое, третье поколение процессоров Intel Xeon Phi с кодовым названием Knights Hill, выпуск которых будет налажен с применением 10-нм техпроцесса. Чипы Knights Hill будут представлены после поколения Knights Landing, первые системы на их базе ожидаются в 2015 года.

Ожидается, что Knights Landing поддержат более полусотни ведущих компаний индустрии, при этом во многих системах будет использоваться модуль в виде платы расширения с интерфейсом PCIe. Чипы Knights Landing, в частности, будут использоваться в суперкомпьютере Trinity совместного проекта Лос-Аламосской и Сандийских национальных лабораторий, а также в суперкомпьютере Cori Национального научного вычислительного центра энергетических исследований министерства энергетики США.

По словам представителей Intel, с развитием архитектуры Omni-Path она будет способна передавать данные со скоростью 100 Гбит/с и 56-процентным уменьшением задержек коммутации в кластерах средних и крупных размеров по сравнению с альтернативными решениями на базе InfiniBand. Посредством 48-портового коммутирующего чипа архитектура эта будет содействовать повышению плотности размещения портов и уровню масштабируемости систем.

В рамках этого проекта Intel запустила программу Intel Fabric Builders Program для формирования совместной экосистемы решений на базе Intel Omni-Path Architecture.

Компания Nvidia представила новый флагманский двухпроцессорный графический ускоритель Tesla K80, обладающий почти вдвое более высокой производительностью и вдвое более широкой полосой пропускания памяти по сравнению с предшественником Tesla K40. Ускоритель Tesla K80 обладает 4992 параллельными ядрами CUDA, оснащён 24 Гб памяти GDDR5 и обеспечивает полосу пропускания до 480 Гб/с. Новинка поддерживает технологию динамического изменения частоты Nvidia GPU Boost и обеспечивает производительность до 8,74 Тфлопс для вычислений с одинарной точностью и до 2,91 Тфлопс — с двойной точностью.

Сумит Гупта, генеральный менеджер Nvidia (Нвидиа) и глава подразделения Tesla Accelerated Computing, рассказывая об особенностях Tesla K80 подчеркнул, что новый двухпроцессорный ускоритель оснащён пассивным теплоотводом и поэтому позиционируется как решение для серверных систем с централизованным охлаждением. Максимальный выигрыш производительности при использовании ускорителей Tesla K80 уже сейчас можно получить более чем в 280 научных, инженерных, коммерческих и корпоративных приложениях.

Стало известно и о планах внедрения высокоскоростного интерфейса NVLink, предназначенного для прямой связи нескольких GPU Nvidia в одной системе, при этом процессорная платформа может быть любой на выбор — IBM Power, x86 или ARM. Интерфейс NVLink разгружает шину данных между GPU и CPU и позволяет ускорить обмен данными в 5–12 раз по сравнению с сегодняшними системами, что в целом может обеспечить ускорение расчётов в 50–100 раз в сравнении с сегодняшними рекордсменами.

Внедрение шины NVLink начнётся в 2016 году, с представлением архитектуры GPU Nvidia нового поколения с рабочим названием Volta. Такие ускорители с топологией NVLink предполагается использовать в будущих суперкомпьютерах Summit и Sierra, установка которых запланирована на 2017-й год.

Ожидается, что к тому времени интерфейс NVLink будет полностью готов для эксплуатации в системах с любыми процессорами архитектур IBM Power, x86 и ARM. Кроме того, архитектура Volta и технология NVLink позволят вплотную приблизиться к созданию систем так называемого «экзафлопсного уровня».

Среди перспективных разработок новый «дата-центристский» подход IBM. Он выразился в открытой архитектуре OpenPOWER. Компания не представила к конференции SC’14 ничего особенного, но контракт на сумму $325 млн с министерством энергетики США на создание суперкомпьютеров для Ливерморской и Оак-Риджевской лабораторий говорит об успехах OpenPOWER Foundation, в составе которой Google, Mellanox, Nvidia (Нвидиа), Tyan, Samsung, Hitachi, ZTE, QLogic, Rackspace и других.

Fujitsu недавно обнародовала планы выпуска новых процессоров SPARC64 IXfx, ориентированных на производство суперкомпьютеров с потенциальной возможностью взять барьер в 100 Пфлопс. Ожидается, что 32-ядерный процессор SPARC64 IXfx с двумя «ассистирующими» ядрами и поддержкой межблочной шины Tofu обеспечит производительность порядка 1,1 Тфлопс, что примерно в 3,2 раза выше возможностей нынешнего процессора Sparc64 IXfx при вычислениях с плавающей запятой с двойной точностью и в 6,1 раза больше при вычислениях с одинарной точностью.

Fujitsu планирует довести развитие архитектуры суперкомпьютеров K «до горизонта экзаскейла», который, по мнению японского министерства образования, культуры, спорта, наук и технологий будет достигнут в 2020 году.

Появления на рынке HPC новых процессорных игроков, таких как ARM или MIPS с их 64-разрядными процессорами и масштабных коммерческих программах с их участием ожидать рано - имеется необходимость доработки программной экосистемы.


Ближайшее будущее

Аналитики не предполагают появления «экзафлопсной» системы в ближайшем будущем. Однако, серьёзные изменения в верхних строках TOP-500 они ожидают в 2015 году. Источником этих изменений станут системы из Китая и Японии.

Планы Cray по выпуску суперкомпьютеров Trinity и Cori для научных лабораторий США представляют собой серьезную заявку. На 25 декабря 2014 год известно, что обе системы будут выполнены на платформе сопроцессоров Intel Xeon Phi с переработанной архитектурой Silvermont (Knights Landing), с применением нового поколения процессоров Intel Xeon, оперативной памяти DDR4 DRAM и скоростной межблочной топологии Cray Aries.

В 2017-м на лидерство в рейтинге могут претендовать создаваемые по заказу министерства энергетики США два суперкомпьютера на основе процессоров IBM Power9 и графических ускорителей Nvidia Tesla с интерфейсом NVLink. Пиковая производительность системы Summit для научных задач, которая будет работать в Окриджской национальной лаборатории, составит 150–300 Пфлопс. Суперкомпьютер Sierra с пиковой производительностью более 100 Пфлопс станет основой вычислительной системы в Ливерморской национальной лаборатории имени Э. Лоуренса.

Аналитики отметили, что ведущие мировые компании в области HPC совсем недавно начали всерьёз использовать возможности жидкостного охлаждения кластерных систем и разработки российской компании РСК опередили многие мировые бренды на годы, поскольку компания изначально практикует охлаждение рабочих блоков «горячей водой».

В суперкомпьютерах RSC PetaStream реализована разработанная совместно с Emerson Electric подсистема питания на основе отраслевого стандарта электропитания постоянным током с напряжением 400 В. Это позволяет снизить сечение питающих шин, увеличить эффективность распределения электроэнергии более чем на 90%, повысить надежность и энергоэффективность при снижении эксплуатационных издержек. Помимо этого архитектура PetaStream, согласно утверждениям её создателей, хорошо масштабируется и может использоваться для моделирования нагрузок того самого «горизонта экзаскейла», включая разработку соответствующих приложений.

РСК - российский лидер в мировом рейтинге Top500 суперкомпьютеров

19 ноября 2014 года компания РСК сообщила - количество ее вычислительных систем удвоилось в рейтинге Top500 самых мощных суперкомпьютеров мира. В 44 редакцию этого списка вошли четыре системы РСК с прямым жидкостным охлаждением, при этом компания лидирует с долей 44% среди всех российских суперкомпьютеров в Top500.

В этот рейтинг впервые включены две вычислительные системы РСК, разработанные в рамках реализации проекта создания нового суперкомпьютерного центра в Санкт-Петербургском государственном политехническом университете. Кластерная система «Политехник РСК Торнадо» на основе архитектуры «РСК Торнадо» с прямым жидкостным охлаждением и новейшего серверного процессора Intel Xeon E5-2697 v3 вошла в первую сотню списка Top500, занимая 81 место.

Вторая часть нового гибридного вычислительного комплекса СПбПУ состоит из уникальной сверхплотной массивно-параллельной системы RSC PetaStream с прямым жидкостным охлаждением и пиковой производительностью 258 ТФЛОПС. Суперкомпьютер «Политехник RSC PetaStream» продемонстрировал производительность 170,5 ТФЛОПС на тесте LINPACK, заняв 390-ю позицию в текущей редакции рейтинга Top500. Эта вычислительная система СПбПУ, разработанная и изготовленная специалистами РСК в России, построена на базе 60-ядерных Intel Xeon Phi 5120D и процессоров семейства Intel Xeon E5-2600 v2, а также серверных плат Intel и твердотельных накопителей Intel SSD DC S3700 для корпоративных ЦОД.

В осенний рейтинг 2014 года Top500 вошли еще две вычислительные системы РСК, созданные на основе кластерной архитектуры «РСК Торнадо» с жидкостным охлаждением, серверных процессоров Intel Xeon, серверных плат Intel и твердотельных накопителей Intel SSD.

На 133 позиции списка - суперкомпьютер МВС-10П с пиковой производительностью 523 ТФЛОПС, установленный два года назад в Межведомственном суперкомпьютерном центре Российской Академии Наук (МСЦ РАН). 190-е место в Top500 занимает вычислительный кластер «РСК Торнадо ЮУрГУ» с пиковой производительностью 473 ТФЛОПС, эксплуатируемый с 2009 года в Южно-Уральском государственном университете (ЮУрГУ) в Челябинске.

2015

РСК возглавила рейтинг Тор50 российских производителей суперкомпьютеров

3 апреля 2015 года стало известно о перемещении группы компаний РСК на первую строку в рейтинге Top50 российских производителей суперкомпьютеров[2].

Компания на 80% увеличила долю суперкомпьютеров собственного производства в редакции рейтинга Top50 самых мощных вычислительных систем в России и СНГ. РСК лидирует с долей 40% по числу систем в первой десятке этого списка и среди всех отечественных производителей в рейтинге.

Из 9 суперкомпьютеров РСК в Top50 три установлены в Москве (два в МСЦ РАН, один в Росгидромете), два в Санкт-Петербурге (СПбПУ), два в Челябинске (ЮУрГУ), один в Долгопрудном (МФТИ) и один в Волгограде (ВГТУ).

В последней редакции рейтинга Top500 (ноябрь 2014 года) самых мощных суперкомпьютеров мира группа компаний РСК вошла в первую десятку производителей таких систем. Российская компания впервые заняла 9 место среди ведущих мировых поставщиков суперкомпьютеров после удвоения количества систем производства РСК в Top500 до четырех. При этом РСК лидирует с долей 44% среди всех российских суперкомпьютеров в этом рейтинге. Суммарная пиковая производительность систем РСК в Top500 превышает 2 ПФЛОПС. Всего в действующей редакции списка представлены 9 суперкомпьютеров из России.

4,9 млрд руб. на неработающие СК

13 ноября 2015 года стало известно о выводах Счетной палаты относительно государственных трат на на создание суперкомпьютеров и грид-сети для стратегически важных отраслей - отсутствие практических результатов[3].

Государство истратило 4,9 млрд руб. на создание суперкомпьютеров и грид-сети, но после упразднения президентской Комиссии по модернизации об этом проекте забыли, установила Счетная палата.

Счетная палата в ходе проверки использования бюджетных средств, направленных на финансирование создания «Иннополиса», обнаружила отсутствие практических результатов у бюджетного проекта — «Развитие суперкомпьютеров и грид-технологий». Проект утвержден в 2009 году комиссией при президенте [Медведев Дмитрий Анатольевич|Дмитрии Медведеве]] по модернизации и техническому развитию экономики.

Цель проекта - создание отечественных суперкомпьютерных технологий имитационного моделирования для предприятий высокотехнологичных отраслей промышленности.

«Исторически для работы с суперкомпьютерами необходимо было иметь физический доступ к ним, — объясняет суть проекта глава Фонда информационной демократии, бывший замминистра связи Илья Массух. — С появлением интернета стало возможным получить удаленный доступ к суперкомпьютерам. Но обычных каналов связи не хватает для передачи всех результатов, которые получают суперкомпьютеры, в связи с чем возникла необходимость в создании выделенной сети связи».

В течение 2010-2012 годов из федерального бюджета на реализацию проекта выделили 4,93 млрд руб., в том числе 750 млн руб. — по линии Минкомсвязи (эти данные министерство представило в 2013 году в аналитический центр при правительстве). Основной потребитель бюджетных средств - госкорпорация «Росатом» (в 2010 году она получила на эти цели 1,1 млрд руб.).

В 2012 году строительство инфраструктуры грид-сети завершилось. По данным «Росатома» к этому времени суммарная производительность супер-ЭВМ, установленных в вычислительных центрах госкорпорации, составила 2610 Тфлопс при заложенных в проект 1400 Тфлопс. В рамках проекта создали базовый ряд компактных супер-ЭВМ, что позволило сократить тематическое отставание от США в 50 раз. Создали ПО для имитационного моделирования и виртуальные модели для авиастроения, атомной промышленности, ракетно-космической отрасли и автомобилестроения.


Комиссию упразднили - супер-ЭВМ остались

Счетная палата отметила: внедрения суперкомпьютерных и грид-технологий потребителями проекта (стратегическими отраслями) не случилось. 160 млн руб., которые в 2012 году Минкомсвязи предстояло получить из федерального бюджета на проект, министерство передало на строительство в Татарстане «Иннополиса» (в том году министром связи стал активный сторонник развития «Иннополиса»Николай Никифоров). Грид-сети дальнейшего финансирования не получили.


Практических результатов в развитии суперкомпьютерных технологий не выявлено

Причины потери интереса к проекту супер-ЭВМ и грид-сети в том, что летом 2012 года, после того как президентом стал Владимир Путин, Комиссию по модернизации ликвидировали. Вместо нее образован Совет при Президенте по модернизации экономики и инновационному развитию. Как сообщало Минкомсвязи Счетной палате, вопрос преемственности Советом наработок комиссии, и, соответственно, вопрос порядка внесения изменений в проекты, ранее утвержденных комиссией, не был решен.


Совбез ищет ответственного

Весной 2013 года Минкомсвязи сделало доклад на тему строительства грид-сети на заседании межведомственной комиссии Совбеза по информационной безопасности. По мнению Минкомсвязи, которое приводится в документе Счетной палаты, для дальнейшей реализации проекта и использования его результатов необходимо определить государственного заказчика — координатора проекта.

Заслушав доклад министерства, комиссия рекомендовала Правительству обратить внимание на меры по межведомственной координации, включая определение уполномоченного органа, а также комплекса мер и финансирования на дальнейшие периоды. На текущий момент в аппарате Совета безопасности ожидается поручение Президента о проработке целесообразности дальнейших мероприятий по развитию грид-сетей.


Грид-сеть

На ноябрь 2015 года в составе грид-сети 21 объект на территории девяти российских городов. В том числе, в Москве установлено семь объектов: в суперкомпьютерном центре РАН, в МГУ (сейчас его оборудование перевезено в серверную Минкомсвязи), в НИИ «Восход», а также в узлах связи на Варшавском шоссе и улице Бутлерова.

В Подмосковье находятся два объекта грид-сети: в Институте РАН в Черноголовке и в Объединенном институте ядерных исследований в Дубне. В Санкт-Петербурге расположены три объекта: в Санкт-Петербургском государственном университете, Санкт-петербургском государственном политехническом университете и на площадке «РТКомм.ру» («дочка» «Ростелекома»).

Объекты есть в Нижнем Новгороде (в Нижегородском университете), Ростове-на-Дону (в Южном федеральном университете), Екатеринбурге (в Уральском отделении РАН) и в Казани (в Казанском центре РАН). В каждом из этих четырех городов еще по одному объекту установлено на площадках «РТКомм.ру».

Также один объект размещен в Нижегородской области — в Сарове (во Всероссийском НИИ экспериментальной физики).

В 2012 году работы по проекту провел НИИ «Восход», с которым Минкомсвязи заключило контракт на сумму 180 млн руб. Он был подписан по результатам аукциона со стартовой ценой 330 млн руб. На эти средства создана конструкторская документация и организационно-распорядительные документы для ввода в эксплуатацию российской грид-сети.

На ноябрь 2015 года Минкомсвязи ежегодно проводит инвентаризацию грид-системы. По состоянию на конец 2013 года в ней действовало оборудование общей стоимостью 260 млн руб. Это техника центра управления и мониторинга сети, СХД, коммутационные шкафы, маршрутизаторы и пр.

В Минкомсвязи не стали комментировать выводы Счетной Палаты по данному вопросу. Илья Массух считает, что проект грид-сети был весьма необходим, а причины его остановки следует искать в политической плоскости.

Как россияне используют суперкомпьютеры

В апреле 2011 г. владельцы мощнейших суперкомпьютеров России рассказали CNews[4], какие задачи решают их вычислительные системы. Разработчики авиационных двигателей радуются, что им редко приходится использовать для испытаний мертвых птиц, натурные эксперименты сократили и разработчики бронежилетов, а исследователи ВИЧ смогли проследить эволюцию вируса под действием лекарств.

В последние годы Россия выделяет огромные деньги на создание суперкомпьютеров. У обывателей, а порой и у специалистов возникает закономерный вопрос – для чего используются эти мощные вычислительные системы? CNews пообщался с владельцами некоторых суперкомпьютеров и выяснил, какие задачи на них решаются сегодня.

Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова (МГУ)

В МГУ установлено четыре суперкомпьютера. Самый мощный из них – «Ломоносов» - имеет пиковую производительность 510 Тфлопс, остальные - 60, 27,85 и 26,76 Тфлопс. В рейтинге Топ-50 эти системы располагаются на 1-м, 5-м, 15-м и 26-м местах соответственно (системы рейтингуются по показателю реальной производительности).

Как рассказал CNews замдиректора Научно-исследовательского вычислительного центра МГУ им. М.В. Ломоносова Владимир Воеводин, суперкомпьютерные ресурсы МГУ используются, прежде всего, для поддержки выполнения фундаментальных научных исследований.

«Это более 500 научных групп, из которых около 340 – это научные группы МГУ, а оставшиеся представляют институты Российской академии наук и вузы России. При этом научные группы из МГУ представляют 24 различных подразделения университета - факультет или институт, что говорит об исключительно широком спектре исследований, проводимых с использованием суперкомпьютеров», - добавил Воеводин.

Особо в МГУ выделяют «масштабные работы по исследованию природы турбулентности, глобальному изменению климата и динамике мирового океана, постгеномные медицинские исследования, проектирование и оптимизация сложных инженерных конструкций, изучение свойств флуоресцентных белков, анализ свойств углеродных наноструктур, развитие методов криптографии, комплексные исследования полимеров, тонкие методы анализа данных сейсморазведки, механизмы образования галактик и многие другие».

В качестве примеров конкретных задач, для решения которых использовался самый мощный суперкомпьютер университета «Ломоносов», в МГУ приводят обработку сейсмических данных, в результате которой научные группы университета выделили ранее неизвестные месторождения природных ресурсов на Сахалине и в Казахстане.

На суперкомпьютерах «Ломоносов» и «Чебышев» в МГУ также проводятся исследования уязвимости некоторых криптографических алгоритмов по отношению к различного вида атакам. В частности, ведутся работы по исследованию так называемых хеш-функций и разложению больших чисел на множители.

Одной из наиболее известных задач, которая решалась с помощью «Ломоносова», можно назвать запуск на нем модели развития социально-экономической системы России на 50 лет вперед.

Специалисты ИПМ им. М.В. Келдыша РАН проводили на «Ломоносове» моделирование задач аэроакустики, для которых задействовали до 12 800 ядер вычислительной системы. Такие расчеты ведутся в рамках исследований, направленных на изучение механизмов генерации шума самолетами и поиск возможностей снизить его уровень.

На «Ломоносове» также проводилось моделирование теплообмена в мобильном телефоне – распределение температуры по его поверхности.

Южно-уральский государственный университет (ЮУрГУ)

Пиковая производительность двух суперкомпьютеров, установленных в ЮУрГУ, составляет 117,6 и 12,3 Тфлопс. Они занимают 3-е и 25-е места в Топ-50.

Декан факультета вычислительной математики и информатики ЮУрГУ, профессор Леонид Соколинский рассказал CNews, что распределение задач по приоритетным направлениям науки на их суперкомпьютерных ресурсах выглядит следующим образом:

  • 52,2% задач приходится на ИТ,
  • 33,7% - на энергоэффективность и энергосбережение,
  • 9,4% - на космические технологии,
  • 3,5% - на медицинские технологии,
  • 1,2% - на ядерные технологии.

Если же брать распределение задач по отраслям, то естественно-научные задачи составляют 65% от общего потока, инженерные – 33%, социально-экономические – 2%.

Университет использует суперкомпьютеры и для собственных нужд, и для расчетов по проектам сторонних заказчиков. По заказу госкорпорации «Оборонпром», к примеру, на университетском суперкомпьютере отрабатывались новые конструкции бронежилетов, что позволило значительно сократить число натурных экспериментов.

Еще одна задача, которую «Оборонпром» решал на суперкомпьютере ЮУрГУ, заключалась в моделировании механики повреждений, которые возникают в теле человека при локальных ударах. Раньше для подобных экспериментов использовался либо технический пластилин, с помощью которого довольно сложно оценить степень травмированности реального человеческого тела, либо модели грудной клетки, которые стоят достаточно дорого.

Использование суперкомпьютера дало возможность «Оборонпрому» значительно сократить затраты на доработку конструкций, говорят в ЮУрГУ. Один килограмм баллистической ткани из синтетического высокомодульного материала, используемого в бронежилетах, стоит около $200, а один выстрел из любого оружия в Российском центре испытаний средств индивидуальной защиты при «НИИ Стали» с замером скорости и регистрацией на техническом пластилине - 500 руб.

По заказу одной из трикотажных фабрик на суперкомпьютере в ЮУрГУ также проводилось моделирование деформационных изменений трикотажных полотен на фигуре человека. Целью этой работы было получение характеристик для создания новых трикотажных тканей, соответствующих по качеству мировому уровню. Вычислительные мощности университета использовала и инвестиционная компания для расчетов по оптимизации портфеля ценных бумаг.

Межведомственный суперкомпьютерный центр РАН (МСЦ РАН)

В МСЦ РАН установлен суперкомпьютер производительностью около 124 Тфлопс, он занимает 4-е место в Топ-50.

Мощности суперкомпьютера МСЦ РАН на безвозмездной основе предоставляются различным академическим организациям в порядке общей очереди, рассказал CNews главный программист центра Олег Аладышев. По его данным, число пользователей их системы превышает 1000 человек.

В 2010 году, говорит Аладышев, основные направления исследований, для которых использовалась вычислительная система МСЦ РАН, велись в области математики, механики, физики, информатики и вычислительной техники, астрономии, химии, науки о Земле, биологии, биофизики и информатики, затрагивались все приоритетные направления модернизации России.

Как следует из отчетов пользователей суперкомпьютера, в области медицины, к примеру, с его помощью проводилось моделирование микроэволюции вирусов иммунодифицита человека. Была создана технологическая платформа для исследования вопроса о резистентности ВИЧ к противовирусным препаратам. Также проводилось моделирование биологических мембран, содержащих холестерин и другие включения.

В области физики, например, суперкомпьютер МСЦ РАН использовался для исследования механизмов перехода медленного горения в детонацию при горении предварительно перемешанных газовых смесей в трубах, исследования процессов возникновения и подавления эффекта стука в двигателях внутреннего сгорания. Полученные результаты, говорится в отчете, дали новый материал для исследования нелинейных процессов горения и разработки новых подходов к повышению эффективности двигателей, а также для разработки современных детонационных двигателей.

По направлению экологии и рационального природопользования на суперкомпьютере выполнялся расчёт распространения крупномасштабных поверхностных волн в морях и океанах, проводилось моделирование климата и его изменений. Система также использовалась для моделирования глобальной сейсмичности, разработки методов интерпретации данных электромагнитного мониторинга земной коры в сейсмически опасных регионах, а также – для моделирования переноса излучения в природных средах и решения проблем глобальных экологических катастроф.

Специалисты ИВМ РАН и Института океанологии им. П.П. Ширшова разработали и запустили на суперкомпьютере МСЦ РАН математическую модель динамики океана, которую применили для исследования внутригодовой изменчивости циркуляции вод и уровня Каспийского моря. С применением модели стало возможным доказать существование подповерхностных струйных течений вдоль восточного берега Среднего Каспия и правильно интерпретировать данные наблюдений. Сейчас перед специалистами стоит задача создать модель Мирового океана с пространственным разрешением, лучшим, чем было использовано в модели Каспийского моря.

Институт прикладной математики им. М.В. Келдыша РАН (ИПМ РАН)

Пиковая производительность суперкомпьютера ИПМ РАН – 107,9 Тфлопс, он располагается на 7-м месте рейтинга Топ-50.

Среди прочих на суперкомпьютере решаются задачи, связанные с атомной энергетикой - институт уже много лет сотрудничает со структурами «Росатома». Как рассказал CNews директор института Борис Четверушкин, значительную часть задач, которыми загружен их суперкомпьютер, составляют расчеты, связанные с переносом излучения, моделированием атомных реакторов.

Кроме того, по словам Четверушкина, суперкомпьютер в немалой степени используется для задач авиастроения (аэродинамика, симуляция аэродинамических труб), а также для моделирования нефтедобычи, фильтрации примесей в углеводородах.

Научно-производственное объединение «Сатурн» (НПО «Сатурн»)

Пиковая производительность суперкомпьютера НПО «Сатурн» - 14,3 Тфлопс, он занимает 28-е место в Топ-50.

Как рассказал CNews директор по ИТ НПО «Сатурн» Юрий Зеленков, их суперкомпьютер, в основном, используется для расчетов, связанных с газотурбинными двигателями. В качестве примеров расчетных задач он привел обрыв лопатки вентилятора, расчет процессов горения в камере сгорания двигателя, аэродинамические расчеты турбомашин – компрессора, турбины, а также попадание в двигатель птицы.

По словам Зеленкова, благодаря суперкомпьютеру общий срок проектирования изделий на предприятии в среднем сократился в 2-3 раза и позволил отказаться от опытной доводки конструкции за счет ее оптимизации в виртуальной среде.

«Совсем от испытаний отказаться нельзя, поскольку это обязательная часть процесса сертификации в авиации, но все сертификационные испытания, в том числе - на обрыв лопатки и на заброс птицы, теперь мы проходим с первого раза», - заявил Зеленков.

Для расчета попадания птицы в двигатель ее тело моделируется в виде эллиптической фигуры с заданными свойствами, но на сертификационных испытаниях в двигатель забрасывается настоящий труп чайки. Мертвых птиц инженеры получают на специальных фермах, где выращивают птиц, поясняет Зеленков.

Так выглядят натурные испытания на попадание в авиадвигатель постороннего объекта


Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского (ННГУ)

Пиковая производительность суперкомпьютера ННГУ – 3 Тфлопс, он занимает 31-е место в Топ-50. В 2011 г. в ННГУ появился новый суперкомпьютер мощностью 175,7 Тфлопс, но о его задачах пока мало известно.

С помощью системы мощностью 3 Тфлопс вуз, к примеру, проводил моделирование сердечной активности человека с целью изучения механизмов развития различного вида аритмий, оптимизацию профиля железнодорожного колеса с целью уменьшить износ колес и железнодорожного полотна.

Госкорпорация «Росатом»

Система, установленная в «Росатоме», является самой загадочной в России. Ее пиковая производительность, как заверяют сотрудники корпорации, составляет 1 Пфлопс, однако в рейтинге Топ-50 она не числится. О задачах, решаемых на петафлопснике, также практически ничего не известно.

Помимо систем высокой производительности подконтрольный «Росатому» Федеральный ядерный центр в Сарове (РФЯЦ-ВНИИЭФ) также производит персональные суперкомпьютеры. В 2010 г. ВНИИЭФ передал 15 таких систем одиннадцати российским промышленным предприятиям.

Вместе с аппаратным обеспечением ВНИИЭФ передал предприятиям и прикладные программные пакеты собственной разработки для валидации. В ядерном центре рассчитывают, что со временем их ПО позволит заместить аналогичный софт для численного моделирования от зарубежных производителей.

В качестве примера использования своих «персоналок» в «Росатоме» привели совместные работы с ОКБ «Сухого» по созданию детальных компьютерных моделей большой размерности для расчета аварийной посадки с невыпущенным шасси нового среднемагистрального пассажирского самолета Superjet-100. Кроме того, «Сухой» использует мини-суперкомпьютеры для моделирования обрыва лопатки вентилятора нового газотурбинного двигателя Д30КП «Бурлак» и аэродинамических расчетов маневренного самолета Су-30МКИ в заданных условиях крейсерского полета.

На «Камазе» с помощью систем «Росатома» ведется моделирование динамического деформирования конструкции автомобиля сопровождения КАМАЗ-43269 при взрывных нагружениях.

«АтомЭнергоПроект Санкт-Петербург» проводит расчетные исследования прочностных свойств корпуса локализации расплава при термонагружении. Его результаты используются для обоснования безопасности АЭС в условиях гипотетической тяжёлой аварии, сопровождающейся выходом расплава за пределы корпуса атомного реактора.

GAP-анализ РАН развития ситуации в суперкомпьютерной отрасли до 2020 года

Негативный прогноз для отрасли

Через пять лет из-за бюрократических препон технологическая платформа суперкомпьютерных вычислений не заработала. Основные нефтедобывающие компании по-прежнему продолжают своими силами осуществлять 3D- и 4D-моделирование месторождений. Из-за высоких экономических рисков суперкомпьютерные и грид-технологии не внедряются в тяжелой и легкой промышленности. Государство финансирует это направление из расчета 700 млн — 1 млрд руб. в год. Основные затраты государства идут на ВПК, в частности на расчеты ядерных испытаний.

Позитивный прогноз

В ближайшие пять лет полностью принята экза­флопсная карта проекта вместе с созданием отечественной элементной базы: процессоров, плат памяти, узлов передачи и хранения данных. В общей сложности для создания подобного суперкомпьютера государство потратило 65 млрд руб. Эта машина вошла в топ-3 самых мощных суперкомпьютеров мира, и Россия получила несколько крупных заказов на расчет и моделирование месторождений от африканских стран. Видя успех российского оборудования, отечественные нефтегазовые компании начали заказывать расчеты у российских сервисных компаний. Суперкомпьютеры начали внедряться на производствах, что привело к снижению себестоимости двигателей, тканей, электроэнергии и продовольствия на 10—20%.

Реалистичный прогноз

Частичная победа лоббистских сил со стороны правительства и представителей науки над отечественной бюрократией позволяет не только принять в среднесрочной перспективе 25-ю карту «Росатома», но и частично согласиться на затраты по созданию экзафлопсного суперкомпьютера (30 млрд руб.). Однако из-за падения цен на нефть и сокращения доходов бюджета программа лишается главы о создании российской элементной базы (35 млрд руб.), а также некоторых пунктов, направленных на подготовку специалистов, способных работать на супермашинах. Вместо положенных 30 млрд руб. отрасль получает 23 млрд, остальное добивает за счет софинансирования со стороны коммерческого сектора.

Схема финансирования супер ЭВМ

Pатраты на создание супер ЭВМ

Примечания