Россия укрепила свои позиции в элитном клубе стран — производителей суперкомпьютеров, продав высокопроизводительную систему в США.

Впервые в истории российский производитель суперкомпьютеров отправил свой продукт в США.

Компания «Т-Платформы» выиграла тендер на поставку высокопроизводительной системы T-Blade V-Class в Университет Стоуни-Брук штата Нью-Йорк (State University of New York at Stony Brook, далее SBU). Исторически суперкомпьютеры зародились в США, и до сих пор большинство из них производится и используется в Америке. Для оценки значимости события остается добавить, что в ходе рейда на чужую территорию отечественная компания оставила за бортом такие известные ИТ-корпорации, как HP и Dell.

Самая известная сфера использования высокопроизводительных вычислительных систем — создание ядерного и ракетного оружия. Поэтому страны, умеющие делать суперкомпьютеры, получают пропуск в элитный клуб. Но поддержать престиж страны таким образом нелегко: чем мощнее вычислительная система, тем сложнее ее спроектировать, несмотря на использование стандартных компонентов.

В современном мире суперкомпьютеры используются не только в военном деле, но и в промышленности (для проектирования и расчета свойств конструкций), а также в бизнесе и науке. Математическое моделирование широко используется во всех естественно-научных дисциплинах. Доступность суперкомпьютеров дала возможность рассчитывать необходимую структуру новых веществ для получения заданных свойств, а также процессы, происходящие на атомарном уровне, и даже визуализировать их, помогая ученым понимать механизмы реакций.

Именно в создании новых веществ и материалов и будет участвовать русский T-Blade.

Кто есть кто

Международная схватка за суперкомпьютерный престиж вышла в публичное пространство в 1993 году, когда появился рейтинг самых производительных суперкомпьютеров топ-500, в котором устройства ранжировались по скорости выполнения теста Linpack. Результаты этого теста не всегда можно напрямую применить к скорости расчетов в конкретных задачах, но в качестве третейского судьи он всех устроил, благодаря чему в следующем году и отметит свое двадцатилетие.

Исторически большую часть списка занимают системы, установленные и произведенные в США. Даже сейчас, когда создание суперкомпьютеров упростилось, американские системы на июнь 2012 года занимали половину (252) позиций в топ-500.

Стоит отметить, что многие системы в рейтинге принадлежат другим странам, но созданы американскими компаниями — HР, IBM и т. п. Так что топ-500 отражает не только уровень развития суперкомпьютерной техники в стране, но и интерес к ней: те, кто не может произвести суперкомпьютер, тратят деньги на его покупку.

Динамика рейтинга показывает, что активно развивается ИТ-промышленность Китая: с июня 2010 года он удерживает второе место по количеству высокопроизводительных систем. Обычно они созданы на стандартных комплектующих, в том числе процессорах производства американских компаний — IBM, Intel и AMD.

Но в 2011 году в топ-500 появился первый суперкомпьютер на китайских процессорах.

Еще одна страна с уникальными технологиями в этой области — Япония. Там давно освоено производство процессоров, а система на чипах компании Fujitsu занимает сейчас второе место в рейтинге. И хотя по количеству позиций в топ-500 японцы сейчас занимают только третье место, их вычислительные комплексы раньше периодически занимали первую строчку (самые мощные суперкомпьютеры японцы используют для симуляции землетрясений).

Западноевропейские страны периодически подбираются к первым позициям в списке, но только с помощью купленных систем.

На фоне европейских стран Россия выглядит неплохо. Первые суперкомпьютеры в России закупались. Однако в начале XXI века был налажен выпуск собственных, и сейчас из пяти машин, входящих в топ-500, две произведены в России.

По количеству систем и их суммарной производительности Россия занимает десятое место в рейтинге. Отметим, что лучшая из систем, установленных в нашей стране, российского производства — суперкомпьютер «Ломоносов» — занимает 22-е место в «табели о рангах», а в момент создания забралась на высокую 12-ю строчку.

В России созданием суперкомпьютеров занимаются две компании: «Т-Платформы» и РСК-СКИФ. Большинство публичных проектов «Т-Платформ» реализованы в вузах, где на них не только проводят научные исследования, но и решают прикладные задачи для предприятий, а также обучают специалистов по работе на суперкомпьютерах. Из поставок промышленным компаниям можно отметить проекты с КБ «Сухой», «Русалом» и петербургским ЦНИИ имени академика А. Н. Крылова. «Т-Платформы» продают свои системы не только у нас в стране, но и за рубежом. После запуска системы мощностью 12 Тфлопс для Томского государственного университета, ставшей 72-й в списке суперкомпьютеров, компанию заметили иностранные партнеры, и с тех пор она продала несколько систем в Европу и Сингапур.

Группа компаний РСК специализируется на создании, внедрении и поддержке суперкомпьютеров в России. Ее самая быстрая вычислительная система «СКИФ-Аврора» занимает 185-е место в топ-500 и установлена в Южно-Уральском государственном университете.

Создание суперкомпьютеров РСК-СКИФ начинала совместно с итальянской компанией Eurotech и Институтом программных систем РАН имени А. К. Айламазяна. В частности, благодаря этому партнерству ее системы отличаются водяным охлаждением, улучшающим энергоэффективность (быстродействие на единицу затраченной энергии) и позволяющим создавать малошумящие суперкомпьютеры.

За счет этого система РСК выше российского конкурента в списке самых экологичных суперкомпьютеров Green500.

Интересно, что в ЮУрГу была реализована коммерческая схема использования вычислительных мощностей — их сдавали в аренду военным. Еще одним известным вузом, получившим суперкомпьютер РСК, стал подмосковный МФТИ. Система РСК мощностью 35 Тфлопс установлена также в Росгидромете, что позволило повысить точность прогноза погоды.

Тонкая настройка

Нынешней продаже в США предшествовал опыт продаж продукции «Т-Платформ» в Европе и Азии. Компания даже принимает участие в проекте на уровне Евросоюза.

В рамках инициативы PRACE RI создается общеевропейская сеть, объединяющая суперкомпьютеры.

«Т-Платформы» будут участвовать в ней поставками оборудования, которое будет включено в систему силами партнеров российской фирмы — финским суперкомпьютерным центром IT Center for Science, швейцарским национальным суперкомпьютерным центром CSCS и голландским Национальным центром высокопроизводительных вычислений и информационных технологий SARA.

По признанию представителей отечественной компании, они приняли участие в проекте PRACE RI не ради прибыли, а для получения опыта сотрудничества с ведущими европейскими компаниями в области создания суперкомпьютеров и ПО для них.

Рис. 1. Так выглядит модуль высокопроизводительной системы T-BLADE.

В тендере для американского Университета Стоуни Брукс надо было поставить небольшой суперкомпьютер. Конкурс проходил в несколько этапов и включал в себя предварительную демонстрацию решения, тестирование и выбор победителя.

По данным российской компании, решение «Т-Платформ» превзошло решение Dell по ряду оговоренных заказчиком характеристик: пиковой производительности, количеству процессорных ядер, форм-фактору корпуса, числу блоков питания и др. В отличие от НР отечественный производитель смог включить в предложение работы по интеграции суперкомпьютера в инфраструктуру SBU и оптимизацию программно-аппаратной части с учетом специфики научных исследований.

Владимир Воеводин, член-корреспондент РАН, заместитель директора НИВЦ МГУ, объясняет причину победы российской компании на чужой территории активностью соотечественников:

«“Т-Платформы” — небольшая, но энергичная и исключительно компетентная команда, что позволяет им внедрять передовые решения намного оперативнее известных гигантов ИТ-мира».

Поясним, какие из решений помогли нашим соотечественникам.

В случае с поставкой в США речь идет о небольшой по меркам высокопроизводительных вычислений системе. Она содержит 10 вычислительных узлов на базе процессоров AMD Opteron 6238 (каждый имеет по 12 ядер) и один управляющий узел, перераспределяющий нагрузку между серверами через скоростную шину QDR Infiniband. Все эти модули удалось уместить в стоечный корпус высотой 5U (1U = 4,4 см — высота стандартного стоечного сервера).

Это стало возможно благодаря тому, что российская компания сама разрабатывает платы, блоки питания и даже системы охлаждения. Когда требуется компактизация, создается дизайн платы с максимально плотным размещением элементов. Выбор процессоров компании AMD позволил снизить себестоимость системы, а значит, и конечную цену для заказчика.

На проданный в США компактный суперкомпьютер T-Blade V-Class были установлены операционная система CentOS и программный пакет VASP, предназначенный для моделирования структуры молекул методами квантовой молекулярной динамики.

Расчетное быстродействие российского суперкомпьютера составило 2,5 Тфлопс, а реальное, по тесту Linpack, — более 80% пиковой производительности системы. Кроме того, специалист «Т-Платформ» провел тонкую настройку под систему и пакета VASP, что ускорило работу с ним на T-Blade V-Class еще на 27%.

Резюмируя, можно отметить, что «Т-Платформы» при поставке провели тонкую настройку как аппаратной, так и программной части, что, судя по всему, положительно сказалось на результатах тестирования. Теперь основатель и генеральный директор «Т-Платформ» Всеволод Опанасенко надеется продолжить экспансию в США:

«Это наша первая поставка в Америку, и мы очень рады, что можем конкурировать с мировыми вендорами не только в России и Европе, но и на их “домашней” территории. Для нас эта поставка очень важна, и, базируясь на ней, мы надеемся развить свой успех на американском рынке».

Зачем SBU наш суперкомпьютер

Основным пользователем новой вычислительной системы в SBU будет лаборатория Артема Оганова (The Oganov Lab), родившегося и получившего магистерскую степень в нашей стране. Возможно, это облегчило переговоры.

Лаборатория Оганова занимается созданием новых материалов, используя собственный «эволюционный» метод USPEX (Universal Structure Predictor: Evolutionary Xtallography): программа перебирает случайные варианты молекулярных структур, из которых выбираются наиболее подходящие. Из них производятся дочерние конфигурации — и так до тех пор, пока не будет получен материал с искомыми свойствами.

В отличие от обычного метода, учитывающего взаимодействие всех атомов, метод Оганова требует для достижения конечного результата существенно меньших вычислительных мощностей, благодаря чему им пользуется около 900 ученых по всему миру. (Интересно, что аббревиатуру названия метода по-русски можно прочесть как «успех»).

На данный момент методом USPEX получены углеродное соединение, близкое по твердости к алмазу; конфигурация, в которой метан находится на планете Нептун; открыты новые модификации натрия, ионов бора и сульфида железа.

Российский вычислительный комплекс поможет созданию новых сверхтвердых материалов и веществ с особыми электрическими и оптическими свойствами, а также соединений лития для производства сверхъемких конденсаторов и аккумуляторов.

Автор: Баулин Александр.