Все новости

Экзафлопсные суперкомпьютеры позволят предсказывать глобальные изменения климата - ректор МГУ Виктор САДОВНИЧИЙ

Фото ИТАР-ТАСС
Фото ИТАР-ТАСС

Прогнозируемый уровень производительности мощностей суперкомпьютерного комплекса МГУ должен составить не менее 20 петафлопс в 2013 – 2014 году. Это означает 20 квадриллионов (или 20 миллионов миллиардов) операций в секунду. А к 2016 году данный показатель должен быть увеличен до 200-500 петафлопс. Таким образом,  мощности возрастут на порядок по сравнению с тем, что показывает сегодня супер-ЭВМ "Ломоносов" с её 1,7 терафлопс (1,7 триллионов операций). 

И это же соответствует планам развития ведущих мировых суперкомпьютерных центров, мощности которых представлены в первых 10 позициях списка Тор500 самых мощных компьютеров мира.

 

- Вами поставлена задача создания в Московском университете национального суперкомпьютерного центра. Что вы подразумеваете под национальным суперкомпьютерным центром?

 - Стратегия развития суперкомпьютерного комплекса МГУ как национального суперкомпьютерного центра должна быть направлена на достижение и освоение отечественных технологий экза-уровня (то есть уровня 1000 петафлопс) к 2020 году. В этой связи работы национального суперкомпьютерного центра должны быть направлены на фундаментальные исследования математических методов, алгоритмов и архитектур, позволяющих достигнуть необходимых значений производительности; а также на разработку и освоение отечественных аппаратных и системных программных средств вычислительных систем, удовлетворяющих требованиям по энергопотреблению, надежности и другим физическим параметрам; освоение прикладного программного обеспечения для имитационного моделирования на супер-ЭВМ экзафлопсного класса.

Являясь крупнейшим российским многопользовательским суперкомпьютерным центром федерального уровня, суперкомпьютерный центр МГУ видит свою задачу в совместной разработке и опережающем освоении передовых отечественных суперкомпьютерных технологий и поддержании суперкомпьютерных мощностей центра на конкурентоспособном мировом уровне. Это позволит обеспечить внедрение наиболее актуальных вычислительных технологий в отечественной фундаментальной науке, промышленности и образовании. Задачи суперкомпьютерного центра МГУ в качестве национального суперкомпьютерного центра включают предоставление ресурсов широкому кругу научных и промышленных пользователей; развитие технологий удаленного доступа к вычислительным системам, в частности, грид- и облачных технологий; развитие спектра услуг по решению практических задач; развитие экспертизы по суперкомпьютерному моделированию в различных отраслях; подготовка высококвалифицированных специалистов в области разработки и применения суперкомпьютерных технологий.

Прогнозируемый уровень производительности мощностей суперкомпьютерного комплекса МГУ должен составить не менее 20 петафлопс в 2013 – 2014 году и к 2016 году быть увеличен до 200-500 петафлопс. Это соответствует планам развития ведущих мировых суперкомпьютерных центров, мощности которых представлены в первых 10 позициях списка Тор500 самых мощных компьютеров мира.

- Для решения каких задач необходимо создание отечественных экзафлопсных суперЭВМ?

 - Ожидается, что экзафлопсные суперкомпьютеры позволят решать научные и инженерные задачи, к которым в данный момент приступить невозможно. Так, например, возможность значительно увеличить разрешение климатических моделей, а также улучшить представление физических и биологических  процессов в них позволит ответить на ряд важнейших вопросов, среди которых возможность предсказывать региональные погодные сдвиги, связанных с глобальным изменением климата; последствия таяния льдов Гренландии и Антарктики; изменение кислотности воды в океане при текущем росте содержания углекислоты в атмосфере и критический уровень этих изменений, который приведет к разрушению таких уникальных биологических систем как, например, коралловые рифы.

Большой комплекс проблем уровня "экзаскейл" – то есть техники уровня экза-шкалы - связан с более эффективным использованием топлива и поиском новых источников энергии. Ожидается, что более глубокое понимание базовых  процессов сгорания позволит расходовать нефть гораздо более производительно. Вряд ли стоит говорить, насколько важна эта проблема для нашей промышленности, для экономики в целом. Экзафлопсные суперкомпьютеры позволят совершить качественный скачок в разработке ядерных реакторов нового поколения, где физическое прототипирование невозможно, а также трансформировать многие отрасли промышленности. Например, возможность моделировать все подсистемы самолета одновременно (ожидается что одна такая модель будет рассчитываться 90 дней даже на экзафлопсном суперкомпьютере) даст возможность выпускать летательные средства также часто как автомобили, постоянно совершенствуя их характеристики – такие технологии могут в корне изменить транспортную систему на Земле.

Большие надежды на суперкомпьютеры такого уровня мощности возлагает медицина. Так, возможность моделировать клетку как единую систему на новом уровне пространственно-временного разрешения позволит конструировать новые вещества с заранее заданными свойствами – например, такие как "индивидуальные" лекарства, предназначенные для конкретного человека. Экзафлопсный суперкомпьютер сможет воспроизвести полный цикл сборки белка за секунды, в то время как петафлопсному понадобятся 3 года, чтобы смоделировать всего 100 миллисекунд этого  процесса. Ответа требуют также многие глобальные социально-экономические вопросы: например, возможность интегрировать социо-экономические, климатические и экологические модели позволит понять реальное влияние человека на окружающую среду и прогнозировать последствия социально-экономических стратегий, реализуемых тем или иным государством.

- Какие технологические барьеры существуют на пути создания суперЭВМ такого класса?

 - Технологические вызовы "экзаскейла" можно разделить на три группы: энергопотребление, надежность и параллелизм.

По прогнозам два первых американских экза-суперкомпьютера будут потреблять по 50 мегаватт, а требуемый уровень будет достигнут не раньше 2020 года. Однако сегодня тяжело представить, как можно достичь этого уровня, т.к. при сохранении текущих тенденций уменьшения энергопотребления систем, к 2015 году достигнутый уровень тепловыделения будет все еще отставать от необходимого в десятки раз.

По оценкам специалистов, с огромным количеством компонентов в экзафлопсных системах, а также необходимостью увеличить их производительность и снизить энергопотребление, связано множество проблем: например, при уменьшении технологических норм производства микросхем (ниже 22нм) и уменьшении напряжения питания кардинально возрастает чувствительность чипов к внешним излучениям, разного рода шумам и "наводкам", а дальнейшее увеличение частоты интерфейсов многократно увеличивает вероятность ошибок при счете.

Что же касается параллелизма, то в экзафлопсных системах количество одновременно исполняемых  процессов будет на 3 порядка выше, чем сейчас, в то время как за 10 лет степень параллелизма суперкомпьютеров выросла лишь на 1 порядок. Такой уровень параллелизма должен поддерживаться и на аппаратном, и на программном уровне.  Требуется не только разработка принципиально новых алгоритмов, поддерживающих сотни миллионов одновременно протекающих  процессов, но и новой среды разработки приложений, которая сегодня уже не позволяет сильно увеличить скорость расчетов – от языков программирования до средств анализа производительности и отладки.

Таким образом, дальнейшее развитие суперкомпьютерных архитектур и компонентов, в первую очередь  процессоров, диктуется требованиями к снижению энергопотребления и поддержке параллелизма на уровне миллиардов  процессов. Технологические вызовы, которые необходимо преодолеть для достижения уровня "экза", сегодня представляются огромными, и начинать работать в этих направлениях необходимо как можно скорее. У ряда отечественных ученых, инженеров здесь есть, насколько мне известно, важные научно-технические заделы…

- Какие ближайшие планы у Московского университета как национального суперкомпьютерного центра?

 - Для реализации обозначенных выше задач Московский университет планирует объявить конкурс на приобретение суперкомпьютера мощностью до 20 петафлопс в 2013 – 2014 годах. Данный уровень производительности обеспечит России место в числе ведущих мировых суперкомпьютерных держав: суперкомпьютер производительностью 20 петафлопс уже построен в США, а к 2014 году такими машинами с использованием национальных технологий будут также владеть Япония, Франция и Китай.

В конце прошлого года для Московского университета был подготовлен технический проект на строительство суперкомпьютера с пиковой производительностью 10 петафлопс, полным ходом идет строительство инженерной инфраструктуры нового суперкомпьютерного центра в специально выделенном помещении площадью 5000 кв.м. При этом уровень развития отечественных технологий позволяет увеличить пиковую мощностью машины до 20 петафлопс, оставаясь в рамках запланированного энергопотребления и стоимости.

Суперкомпьютер МГУ планируется разместить во вновь построенном здании, где разместятся три уровня системы: центр холодоснабжения и система бесперебойного электропитания, вычислитель с инженерной инфраструктурой и операторские, трансформаторная подстанция и холодильные установки.

Мы планируем, что суперкомпьютерный комплекс будет включать параллельную систему хранения данных объемом более 3 Петабайт. Системное программное обеспечение отечественной разработки будет осуществлять прозрачный мониторинг и управление системой, в т.ч. механизмы гибкого управления энергопотреблением системы, обеспечивать механизмы "облачных сервисов", а также будет включать инновационные разработки, позволяющие значительно увеличить скорость выполнения реальных приложений.

 

Александр Цыганов
(ИТАР-ТАСС, Москва)

 

Архив эксклюзивных интервью в базе данных ИНФО-ТАСС по подписке