Технологии

Супер-эвм нового поколения

Россия и Белоруссия стали обладателями суперкомпьютеров собственного производства, способных совершать триллионы операций в секунду. Созданный общими усилиями специалистов обеих стран "СКИФ К-1000" тогда попал в первую сотню Top500 - списка из полутысячи лучших машин такого рода в мире - наряду с американскими, японскими, китайскими.

А через два года 10 авторов этой совместной разработки стали лауреатами премии Правительства РФ в области науки и техники. С одним из них, руководителем программ "СКИФ" и "СКИФ-ГРИД", директором Института программных систем, членом-корреспондентом РАН Сергеем Абрамовым побеседовал обозреватель журнала Александр Рылов.

- Сергей Михайлович, что такое суперкомпьютеры?

- Речь идет об электронно-вычислительных машинах, вошедших в перечень 500 самых мощных на планете Top500, пересматриваемый два раза в год. Круг государств-потребителей и тем более производителей подобной техники составляет замкнутый клуб (на июнь 2008 г. соответственно 28 и 6 стран).

- Как началось ваше сотрудничество с белорусскими коллегами?

- Десять лет назад мы показали свои разработки по данной проблеме специалистам НАН Белоруссии и получили одобрение. Подготовка соответствующего проекта шла в 1998 - 2000 гг., осуществление - в 2000 - 2004 гг. В нем участвовали примерно по 10 организаций и предприятий с каждой стороны, роль же головного исполнителя от России поручили нашему Институту. Впрочем, начинали не с нуля: еще в 1960 - 1970-е годы объекты радио- и электронной промышленности СССР находились в основном у нас и в Белоруссии, причем почти в равных долях. Словом, к тому времени, когда началась реализация программы "СКИФ", многие заводы имели уже многолетние контакты.

Перед нами стояла цель подготовить комплект конструкторской и программной документации для создания суперкомпьютеров в интересах науки и экономики. Результатом этого труда стали 16 опытных образцов в рамках данного проекта и еще 60 вне его. Самый же мощный - упомянутый "СКИФ К-1000" (2,5 трлн операций в секунду) - изготовили четыре организации: Объединенный институт проблем информатики НАН Белоруссии, Научно-исследовательский институт электронно-вычислительных машин (Минск), Институт программных систем РАН (Переславль-Залесский) и компания "Т-Платформы" (Москва).

- Эта машина - самое крупное достижение российских ученых?

- Нет. Созданная в марте 2008 г. супер-ЭВМ "СКИФ МГУ" (60 трлн операций в секунду) в июне того же года заняла 36-е место в Top500. Помимо нее, в этот список вошли еще три отечественные машины, а за все время его существования - шесть: "МВС-1000М" (2002 г., разработку возглавлял Научно-исследовательский институт "Квант"; Москва) и пять "СКИФов". Кроме того, на мировом форуме производителей такой техники International Supercomputing Conference (июнь 2008 г., Дрезден, Германия) нашу страну впервые выделили как отдельное государство - до того она входила в понятие "прочие страны".

- Российские супер-ЭВМ нем-то выделяются из прочих "жильцов дома" Top500?

- У них отличное соотношение производительность/стоимость, т.е. они весьма экономичны. Вообще вся пятилетняя программа по созданию российско-белорусских суперкомпьютеров (включая 16 образцов и всю документацию) оказалась в 10 раз дешевле, чем американская машина RoadRunner, на июнь 2008 г. самая мощная в мире. К тому же КПД наших машин (отношение реальной производительности к теоретической пиковой) составляет 78 - 81%, а у большинства других членов клуба Top500 - лишь 65 - 70%.

- А так ли важно нам участвовать в этой "гонке"?

- Обладание большими вычислительными мощностями для развитых государств не менее важно, чем ракетно-ядерным потенциалом. По словам президента Совета по экономической конкуренции США Деборы Уинс-Смит, "деньги, таланты и ресурсы есть у многих... Страна, желающая победить в конкуренции, должна обогнать другие в вычислениях".

- Кто создатели самого передового отечественного суперкомпьютера и где он сейчас работает?

- "СКИФ МГУ", родившийся в результате совместной работы нашего Института, МГУ им. М. В. Ломоносова и компании "Т-Платформы" в соответствии с российско-белорусской программой "СКИФ-ГРИД", рассчитанной на 2007 - 2010 гг., установили в вычислительном центре Московского университета. В марте 2008 г. началась его тестовая эксплуатация, в ходе которой решаются практические задачи, в частности, создание лекарств. Например, чтобы получить структуру нового тромболитика (средства против образования кровяных сгустков в кровеносных сосудах), ученым понадобилось всего 20 экспериментов и несколько месяцев труда: машина просчитала около 6000 возможных вариантов построения молекул такого медикамента и выбрала из них 20 оптимальных. А без такой "помощницы" на подобную работу в любой стране потратили бы не менее 15 лет и огромные деньги. В целом же я считаю: отечественной науке и промышленности по силам превратить Россию в одну из мировых суперкомпьютерных держав.

- Какие еще "СКИФы" вы могли бы назвать?

- В июньском списке 2008 г. Top500 появились "СКИФ Cyberia" и "СКИФ Урал". Первый их них в 2007 г. создали специалисты нашего Института и компании "Т-Платформы" на средства Национальной программы "Образование" в Томском государственном университете (уже полвека ведущем работы с применением высокопроизводительных вычислений), что стало важной частью реализуемой им соответствующей инновационной программы. Надо сказать, машина размещается на площади всего 72 м2 (кстати, "СКИФ МГУ" на немногим большей - 92 м2). А "СКИФ Урал " появился в Южно-Уральском государственном университете (Челябинск).

Есть и другие отечественные суперкомпьютеры этого семейства, их закупают российские вузы. Так, во Владимирском государственном университете установили "СКИФ Мономах". Отрадно, что сегодня приобретение суперкомпьютеров для наших высших учебных заведений, причем не только столичных, но и региональных, - дело реальное. Правда, для их эффективного использования вузы должны иметь соответствующую научную школу, сформулировать задачи, организовать каналы доступа к вычислительной технике коллег из других регионов. Отметим: у ученых Томского государственного университета все это было еще до начала эксплуатации "СКИФ Cyberia". И многие исследования с их участием включают проведение высокопроизводительных вычислений. В частности, в сотрудничестве с коллегами из ряда институтов СО РАН томичи занимаются проблемами окружающей среды, прогнозом климатических изменений и погоды. Всего же сейчас эта машина выполняет более 40 задач.

У российских вузов есть и собственные вопросы, которые решают такие супер-ЭВМ. Скажем, сибирская оказалась незаменимой для повышения уровня математического образования студентов: в Томском государственном университете для них организовали спецкурсы, помогающие научиться пользоваться современными вычислительными мощностями.

- А как "СКИФы" "трудоустроились" в Белоруссии?

- На базе Объединенного института проблем информатики НАН Белоруссии создали суперкомпьютерный центр, где установили "СКИФ К-500 и К-1000". К его помощи прибегают более десятка предприятий, в том числе минский тракторный завод. Его конструкторы решили уменьшить металлоемкость своей продукции, не ухудшая ее прочность. С применением такой мощной вычислительной техники можно в виртуальном пространстве "разделить" машину на миллионы элементов и рассчитать, как они себя поведут при разных нагрузках, что позволяет сократить на порядки сроки реализации поставленной задачи.

- А как Россия и Белоруссия сотрудничают в использовании "СКИФов"?

- В прошлом году была утверждена совместная программа "СКИФ-ГРИД". Речь идет о технологиях, позволяющих интегрировать, а затем предоставлять пользователям разные по природе информационные и другие ресурсы по аналогии с электросетью (по-английски power grid, отсюда и название проекта). Когда мы подключаемся к розетке, неважно, кто предоставляет энергию - Смоленская АЭС, Березовская ГРЭС или Братская ГЭС - все ее запасы собраны воедино. ГРИД-система тоже призвана сконцентрировать компьютерные резервы, что позволит удешевить их эксплуатацию, сохранить инвестиции. Так, пользуясь различием в часовых поясах, можно будет перераспределить нагрузку на мощности ЭВМ между зонами, нуждающимися в них, и теми, где они простаивают, или даже собрать их воедино по всей стране для решения какой-то сверхсложной задачи.

В настоящее время уже организовали федерацию суперкомпьютеров "СКИФ-Полигон", суммарная производительность которой превысила 100 трлн операций в секунду. Работают и над программными средствами (например, "[email protected]"), дающими возможность подключать к ней не только суперЭВМ, но и обычные персональные, простаивающие ночью в офисах, лабораториях, школьных классах.

Я уверен, что в рамках программы "СКИФ-ГРИД" мы для каждого пользователя Интернета сделаем доступным ресурс 100 трлн операций в секунду, причем с любой ЭВМ. Иначе говоря, студент, изучающий, допустим, энергию элементарных частиц в институте провинциального города, пользуясь указанной системой, сможет ввести данные и получить готовый результат. Не меньше нуждаются в ней сегодня и региональные промышленные предприятия. Поэтому наша задача - обеспечить спрос предложением и, конечно, удержать марку России как суперкомпьютерной державы.


Член-корреспондент РАН Сергей АБРАМОВ, директор Института программных систем РАН (город Переславль-Залесский Ярославской области)

Авторские права на статьи принадлежат их авторам
Проект компании Kocmi LTD