Ви є тут

Суперкомп’ютер КПІ – найпотужніший в Україні



Про характеристики та особливості суперобчислювача, встановленого в Центрі суперкомп’ютерних обчислень і обробки даних, розповідає завідувач кафедри САПР, науковий керівник Центру проф. А.І. Петренко.

– Анатолію Івановичу, розкажіть, будь ласка, що являє собою суперкомп’ютер та чому виникла потреба у створенні такої надпотужної машини.

– Суперкомп’ютер – це багатопроцесорний комп’ютер, процесори якого для прискорення розв’язання задачі виконують обчислення паралельно, обмінюючись інформацією між собою і сховищем даних – пам’яттю, яка може бути спільною для всіх процесорів (кластерна архітектура) або розділеною між процесорами (NUMA-архітектура).

– Що спонукає вчених створювати суперкомп’ютери та об’єднувати їх у мережі?

– По-перше, необхідність обробляти величезну кількість даних, що зберігаються в різних організаціях (можливо, розміщених в різних частинах світу). Прикладом може служити оброблення знімків Землі, отриманих із супутників. Потрібні були б десятиліття, щоб скопіювати такі дані на один центральний комп’ютер і в подальшому аналізувати їх для різних проектів. Зручніше проводити обчислення там, де розміщені дані.

По-друге, необхідність виконати величезну кількість обчислень. Наприклад, при моделюванні впливу тисяч молекул (потенційних лікарських препаратів) на білки, пов’язані з певною хворобою; моделюванні ефективності атомної зброї, прогнозу погоди, дослідженні клімату, обробці даних прискорювачів елементарних частинок тощо. Хоча комп’ютери вдосконалюються неймовірно швидко (потужність процесора подвоюється приблизно кожні 18 місяців), їх прогрес не задовольняє всі вимоги вчених.

По-третє, бажання наукової команди, члени якої працюють в різних частинах земної кулі, в наш час загальної глобалізації спільно використовувати великі масиви даних, швидко й інтерактивно здійснювати їх комплексний аналіз і при цьому обговорювати результати на відеоконференціях. Прикладом може бути реалізація програми Міжнародного центру даних (МЦД) зі збирання, накопичення, збереження та обробки глобальних даних з фізики твердої Землі, сонячно-земної фізики, гідрології й сейсмології, гравіметричних і магнітних вимірювань тощо.

– Які основні характеристики цього суперкомп’ютера та чим він відрізняється, приміром, від суперкомп’ютера Інституту кібернетики?

– Суперкомп’ютер, що встановлений у навчальному корпусі №6 (приміщення технополісу), є найпотужнішим комп’ютером в Україні. Судіть самі: він у змозі виконувати 2•1012 операцій за секунду, тобто має показник пікової продуктивності 2 ТФлопс/с.

Доречно згадати, що ще в 1999 році найпотужніший комп’ютер у світі (Intel ASCI Red/9632) фірми Sandia National Laboratories мав приблизно таку саму продуктивність (2,3796 ТФлопс/с).

Наш суперкомп’ютер перевершує приблизно в 3 рази суперкомп’ютер Інституту кібернетики НАН України, що має відповідний показник 0,358 ТФлопс/с, а в країнах СНГ поступається лише російському суперкомп’ютеру з 6,6 ТФлопс/с, що побудований у 2005 році в МСЦ РАН на базі 1154 процесорів IBM 2xPowerPC 970. Наш суперкомп’ютер містить лише 168 процесорів 2хIntel Xeon.

Так що існує реальна перспектива і технічна можливість уже в наступному році підняти продуктивність нашого суперкомп’ютера до 10 ТФлопс/с, хоча до абсолютного рекорду ще далеко: американський комп’ютер IBM Blue Gene/L, установлений у всесвітньо відомій Національній Лоуренській лабораторії в Ліверморі, має показник продуктивності 280,6 ТФлопс/с і побудований на 131072 процесорах IBM PowerPC 440.

Однак вже сьогодні ми можемо пишатися тим, що український суперкомп’ютер увійшов до складу 500 найкращих суперкомп’ютерів світу. Крім вказаної швидкодії, він має спільну пам’ять процесорів 12•1012 байт, або 12 Тб, та архівну пам’ять 20 Тб.

– Хто працюватиме з суперкомп’ютером? Як буде забезпечено доступ до його ресурсів?

– Слід зазначити, що наш суперкомп’ютер придбаний за бюджетні кошти і призначений обслуговувати потреби користувачів усієї України, сприяючи створенню економіки інформаційного суспільства, заснованої на знаннях, розвитку науки і освіти. Тому ми передбачаємо його підключення до Національної української дослідницької й академічної мережі URAN, яка об’єднує зараз 20 із 26 регіонів України і головні вузли якої розміщені в шести найбільших містах України – Києві, Харкові, Львові, Одесі, Дніпропетровську і Донецьку.

Для зручності українських користувачів розпочато розроблення національної Грід (Grid) інфраструктури, яка забезпечить спільне використання і спрощений доступ до ресурсів розподіленої обчислювальної системи (процесорів, пам’яті, сховищ даних тощо). Для управління ресурсами і задачами Грід має інформаційну службу, для управління ресурсами і розміщення задач використовується диспетчер ресурсів і все це підтримується локальним диспетчером задач комп’ютерного кластера.

– Розкажіть, будь ласка, докладніше про Грід-інфраструктуру.

– Грід, географічно розподілена інфраструктура, надає можливість об’єднати існуючі в країні комп’ютери (персональні, робочі станції і суперкомп’ютери) в єдиний величезний і могутній комп’ютер, об’єднуючи множину ресурсів різних типів (процесори, довготривалу і оперативну пам’яті, сховища і бази даних, мережі), доступ до яких користувач може отримати з будь-якої точки незалежно від місця свого розташування. При цьому Грід визначає без допомоги користувача найбільш відповідне джерело даних і здійснює їх аналіз, знайшовши якнайкраще місце для запуску відповідної програми на комп’ютерах, які простоюють. Якщо ж необхідно провести такий аналіз в інтерактивному режимі кількома користувачами з різних країн світу, то Грід зв’яже їхні комп’ютери так, що спільна робота не буде відрізнятися від роботи в локальній мережі. При цьому не треба буде хвилюватися про безліч паролів – Грід здатна зрозуміти, хто має право брати участь у спільній роботі, тому що потенційні користувачі (організації або окремі фахівці) об’єднані у віртуальні організації (ВО) і відносини довіри між ними встановлюються на основі використання інфраструктури відкритих ключів.

Вважається, що вплив Грід на розвиток суспільства буде таким ж ефективним і революційним, як впливи попередніх визначних винаходів – комп’ютера та Інтернету. Тому інтерес до Грід виявляють не тільки експерти в галузі інформатики й обчислювальної техніки, але й учені, бізнесмени, журналісти, тому що:

– Грід об’єднає обчислювальні потужності великої множини розподілених комп’ютерних ресурсів і наукових даних для вирішення складніших задач, за рахунок підвищення утилізації обчислювальних потужностей;

– Грід об’єднає численні ресурси для розподіленої обробки даних і надання доступу до даних без їх фізичного переміщення або за допомогою координованої реплікації;

– Грід надасть користувачам інфраструктуру для виконання обчислювальних задач на основі розподіленого мета-інформаційного оточення, що дозволяє оперувати даними з різнотипних баз даних і різних форматів;

– Грід запровадить нову концепцію інфраструктури безпеки, яка дозволить безпечним чином використовувати дорогі ресурси і гарантувати безпеку даних користувачів.

– Чи передбачено об’єднання національної Грід-структури з ресурсами інших країн?

– Передбачається об’єднати національну Грід-інфраструктуру з європейською Грід-інфраструктурою з метою, перш за все, поширення в Україні результатів існуючого EGEE (Enabling Grids for E-sciencE) проекту, що створюється зусиллями 200 організацій 30 європейських країн, а також кооперації з національними Грід-інфраструктурами багатьох країн (США, Японія, Південна Корея тощо). Це забезпечить вітчизняним науковцям можливість плідно співпрацювати в Європейському науковому просторі (European Research Area, ERA) і мати доступ ще до 15 000 суперкомп’ютерів різної потужності, які об’єднує проект EGEE.

Потенціал технологій Грід вже зараз оцінюється дуже високо: він має стратегічний характер, і в близькій перспективі Грід повинна стати обчислювальним інструментарієм для розвитку високих технологій у різних сферах людської діяльності, подібно тому як таким інструментарієм стали персональний комп’ютер та Інтернет. Головна мета України – включення національного Грід спочатку в загальну інфраструктуру EGEE, а потім забезпечення постійного функціонування її як повноцінної складової створюваної нині EGI (European Grid Infrastructure), яка буде функціонувати в Європі з 2008/09 року.

– Що вже зроблено для об’єднання глобальних мереж?

– Перший крок у цьому напрямку уже зроблений: наш університет установив прямі зв’язки з керівником головного Європейського проекту EGEE доктором Бобом Джонсом з ЦЕРН (European Organization for Nuclear Research) і доктором Пером Остером з KTH (Швеція), керівником проекту BalticGRID. Крім того, НТУУ “КПІ” підписав нещодавно угоду про співпрацю в проекті BalticGRID як асоційованого члена.

– Хто є партнерами НТУУ “КПІ” в нашій країні?

– Розбудову української Грід наш університет вестиме разом з іншими зацікавленими організаціями: Харківським національним університетом радіоелектроніки (ХНУРЕ), Львівським національним технічним університетом “Львівська політехніка” (НУЛП), Запорізьким національним технічним університетом (ЗНТУ), Інститутом теоретичної фізики НАН України імені М.М.Богомольця, Інститутом прикладного системного аналізу НАН України (ІПСА), Державним підприємством “Львівський науково-дослідний радіо- технічний інститут” (ЛНДРІ), компанією ЮСТАР.

– Які переваги для КПІ, що такий потужний обчислювач встановлено саме на нашій території?

– Розміщення суперкомп’ютера на території НТУУ “КПІ” слід розглядати як визнання значного внеску науковців нашого університету в розвиток інформаційних технологій в Україні. Це буде сприяти, перш за все, значному підвищенню рівня і розширенню наукових досліджень в університеті, росту інноваційних розробок кафедр та інститутів і їх реалізації через можливості створеного технополісу. По-друге, зростатиме якість підготовки фахівців з комп’ютерних наук і комп’ютерної інженерії, тому що студенти зможуть не тільки побачити, але й попрацювати в середовищі Грід-інфраструктури.

Головне – Україна отримала можливість “на рівних” співпрацювати з країнами Європейського Союзу зі створення і впровадження технології XXI століття – Грід-інфраструктури.

– Кого можна назвати творцем цієї техніки (зокрема від КПІ)?

– Ідея встановлення в університеті суперкомп’ютера і впровадження Грід-інфраструктури в Україні була сформована ректором університету академіком М.З. Згуровським півтора року тому після його успішного виступу на конференції в Тунісі, присвяченій проблемам побудови інформаційного суспільства. Далі працювала численна, але дружна і згуртована команда однодумців у складі як представників ректорату (перший проректор Ю.І. Якименко, заступник проректора В.І. Тимофєєв, проректор з науково-педагогічної роботи Г.Б. Варламов, проректор з адміністративно-господарської роботи М.В. Печеник), так і фахівців комп’ютерного напряму (професори Г.М. Луцький, О.А. Павлов, В.П. Тарасенко, С.Ф. Теленик, А.Й. Савицький та інші). Багато зусиль було витрачено на обґрунтування перед Кабінетом Міністрів нагальної необхідності виділити кошти для придбання суперкомп’ютера, на складання технічних завдань і проведення тендерів, на вибір і облаштування приміщень, на формування штату Центру суперкомп’ютерних обчислень і обробки даних та ін.

Треба окремо відмітити компанію ЮСТАР, переможця тендера, яка встановлювала суперкомп’ютер і довела справами свій високий професійний рівень. Приємно нагадати, що цю компанію очолює випускник нашого університету В. Сав’як.

– Хотілося б дізнатися про найближчі плани щодо використання суперкомп’ютера.

– Уже визначено пілотні напрями застосування суперкомп’ютера: для задач фізики високих енергій, матеріалознавства і біотехнологій, що базуються на наявному програмному забезпеченні (наприклад, програми GAMESS для моделювання кристалів). Терміново розпочинається накопичення й обробка даних для Української філії Міжнародного центру даних.

На базі наукових колективів університету створено тематичні групи за інтересами (Special Interests Groups):

  • моделювання екологічної системи в зоні Чорнобиля і співпраця з проектом caBIG (cancer Biomedical Informatics GRID), присвяченим проблемам онкозахворювань (проф. В.П.Яценко);
  • моделювання нелінійних тривимірних фізичних полів (чл.-кор. НАН України В.С.Мельник);
  • проектування мікросистемної елементної бази інформаційних технологій у вигляді МЕМС і ВІС (проф. А.І.Петренко).

Приймаються пропозиції від кафедр та інститутів щодо задач, які потребують паралельних обчислень. Це дозволить найближчим часом поповнити перелік тематичних груп.

Маючи доступ до такої надсучасної техніки, Ви, звичайно, з оптимізмом дивитесь у майбутнє.

Користуючись нагодою, хочу звернутися до викладачів і студентів (особливо магістрів), які бажають опанувати нову інформаційну технологію Грід, що базується на спільному використанні суперкомп’ютерів, і запросити їх до співпраці з Центром суперкомп’ютерних обчислень і обробки даних.

x

Електронний кампус

Інформаційні ресурси

Викладачі КПІ

GitHub репозиторій