Зачем нам нужны высокоскоростные «вычислители»
Наука и технологии


    Достижения суперкомпьютерной индустрии не выходят из информационного поля: МГУ решил заказать еще один и вместе с компанией «Т-Платформы» вознамерился принять участие в мировом марафоне — к 2018 году создать экзафлопсный суперкомпьютер, который будет в тысячу раз быстрее нынешних петафлопсных лидеров. Напомним, очередной рейтинг самых производительных суперкомпьютеров мира Top500 возглавила китайская система Tianhe-1A, продемонстрировавшая максимальную производительность 2,57 петафлоп/с, то есть ежесекундно этот вычислитель совершает 2,57x1015 элементарных вычислительных операций. Российский «Ломоносов» занял в рейтинге 17-е место. Законная гордость за Родину смешивается с недоумением: почему такие достижения не позволяют нашей стране подняться с нефтяных колен до уровня искомой инновационной экономики?

    Стандартным диагнозом — неумением коммерциализировать интеллектуальные достижения — здесь не обойтись, слишком уж специфичен суперкомпьютер (СК) как объект продажи. Так, для достижения наивысшей производительности в расчетных задачах (а значит, любых задачах компьютерного моделирования сколь угодно сложных систем) СК строится на базе тысяч или даже десятков тысяч процессоров, на которых отдельные части исходной задачи выполняются параллельно. И значит, производительность СК может повыситься во столько раз, сколько процессоров будет добавлено. Кроме того, производители используют специальные меры, позволяющие снизить временные задержки при передаче сигналов по сети, соединяющей между собой это множество процессоров. Иными словами, лидеры рейтингов — это штучные изделия, сделанные под заказ и потому очень дорогие.

    Вот почему во всем мире лидеры рейтингов — это суперкомпьютеры, построенные за счет средств госбюджета и в интересах военных. Кстати, «китайца» по имени Tianhe-1A разработал Национальный университет оборонных технологий. По оценкам Николая Местера, директора по развитию корпоративных проектов Intel в странах СНГ, США и Европа тратят по несколько сотен миллионов долларов в год на НИОКР и создание различных СК, а Россия к концу года выходит на цифру 100 миллионов долларов.

    В нашей стране помимо университетов мощные суперкомпьютерные центры действуют в Сарове — сердце атомной отрасли, бывшем закрытом военном городке Снежинске. «Программы развития суперкомпьютерных вычислительных технологий во всех промышленно развитых странах мира входят в число наиболее приоритетных, и их реализация осуществляется под контролем и при мощной государственной поддержке», — подчеркивает Андрей Шпиленко, председатель совета директоров технопарка «Система-Саров». Кстати, в тексте программного документа американского оборонного ведомства DARPA говорится о такой приоритетной задаче суперкомпьютерной отрасли, как прогнозирование погоды. С уточнением — «для вооруженных сил с целью поддержки текущих операций» и т. д. Все понятно: точная модель погоды — это настолько сложная проблема с огромным количеством взаимовлияющих факторов, что ее решение накрывает всевозможные задачи оперативного военного управления. Очевидно, что в таких условиях большинство государств мира приглядывает за своей суперкомпьютерной сферой, и экспорт соответствующих технологий строго контролируется.

    Надо сказать, что самый быстрый в мире СК непросто создать, а тиражировать практически невозможно. Дело в том, что поражающие воображение характеристики устройства, продемонстрированные в тестах, и те же характеристики, но для реальной задачи, — это, как говорят в Одессе, две большие разницы. «Очень непросто написать программу, которая могла бы максимально эффективно использовать вычислительные возможности всех узлов СК одновременно, ведь для этого необходимо, чтобы доля параллельного кода была максимально большой, — поясняет Сергей Горбас, главный специалист по высокопроизводительным вычислениям IBM в России и СНГ. — В реальных задачах существенную часть программы занимает «последовательный» код, не поддающийся распараллеливанию, и потому они не могут эффективно использовать тысячи вычислительных узлов суперкомпьютеров».

    В общем, суперкомпьютер — это своего рода гоночный болид «Формулы-1» в компьютерной индустрии: он демонстрирует возможности технологического прорыва, которые найдут применение в коммерческих моделях некоторое время спустя. Но не будущими экзафлопсами жива реальная экономика. По оценке Николая Местера, коммерческие системы на предприятиях обычно в 5—10 раз меньше самого крупного СК в стране. Тому суперкомпьютеру, который просчитывал авиадвигатель SuperJet 100 в НПО «Сатурн», оказалось достаточно производительности 8 терафлопс («тера» в тысячу раз меньше «пета»). А несколько менее производительные установки на уровне 1—4 терафлопс, отмечает координатор оргкомитета Национальной суперкомпьютерной технологической платформы Евгений Лилитко, сегодня производятся вполне серийно и доступны любому покупателю. Их невысокая по сравнению с «настоящими» суперкомпьютерами цена обусловлена тем, что для их создания используются серийно производимые универсальные компоненты: серверы, системы хранения, интерконнект (система связи) между этими серверами. Если на создание настоящего СК уходит около двух лет, то такому упрощенному варианту достаточно пары месяцев. У корпорации IBM есть даже конфигуратор данных систем, который позволяет в считаные минуты получить проект суперкомпьютера, который затем отдается на сборку, тестируется и доставляется клиенту. Производятся такие установки и в России, причем используются самые передовые наработки. Например, вычисления на базе графических процессоров, тех самых, которые придуманы для игрушек-стрелялок. «Оказалось, что если взять стандартные процессоры, но расчеты проводить не на них, а на присоединенных к ним графических адаптерах, получается мощнейшая молотилка, — рассказывает Руслан Заединов, заместитель генерального директора компании КРОК. — Мало того, что она в 10—20 раз эффективнее при сохранении электрической мощности, к тому же она еще физически более компактна». Именно по такому принципу построен нынешний китайский лидер Top500.

    На рынке даже появилось понятие «персональный СК». Он может разместиться под столом. Значит, любая российская компания сможет подобрать себе подходящий вариант. А спрос на такие услуги должен быть массовым, ведь новая конкурентоспособная продукция все глубже уходит в нано-, космо- и прочие неосязаемые сферы, которые доступны для исследований лишь виртуальными методами. Но на деле не выстраиваются заказчики в очередь за суперкомпьютерами. На это есть несколько серьезных причин.

    Дело даже не в том, что программу, написанную в «традиционном» стиле, запустить на суперкомпьютере просто так не удастся — требуется обязательная предварительная фаза ее «распараллеливания». Это еще полбеды — рядом с суперкомпьютерами найдутся специалисты, которые смогут это сделать. Для того чтобы инноватор смог превратить идею в конкретный продукт, ему нужна программа, способная моделировать именно те ситуации, которые ему необходимы. Но взять ее негде! Заказать разработку? Да он не умеет это делать, он же производственник, хозяйственник, хотя и с инновационным уклоном.

    Вот почему «вылупляющихся» российских инноваторов успешно подхватывают зарубежные суперкомпьютерные компании, ведь они завоевывают наших заказчиков не столько пета-магией, сколько наличием профессиональных библиотек компьютерных моделей. «Скажем, в области газо- и гидродинамики мне известен только один продукт, который создан в России и доступен в качестве законченного коммерческого приложения», — отмечает Сергей Горбас. В то же время наши заказчики могут пользоваться ресурсами суперкомпьютерных центров HP и IBM, где им предложат все необходимое прикладное ПО для исследовательских задач по геофизике, механике сплошной среды, биоинформатике, наноматериалам, вычислительной химии и т. д. При необходимости зарубежные специалисты возьмутся за построение суперкомпьютера под ключ, то есть со всей необходимой математикой. Для них это, кстати, вполне выгодное занятие даже на уровне десятка объединяемых серверов, так как стоимость лицензии на прикладное ПО сопоставима со стоимостью оборудования. «Это отдельный продукт, который тоже нуждается в специализированном внедрении у каждого заказчика с нуля», — поясняет Руслан Заединов.

    С этой точки зрения ситуация с массовым использованием суперкомпьютеров в российской экономике выглядит достаточно грустно: имеющиеся суперкомпьютерные центры работают в основном в «своих» направлениях, выступая и швецом, и жнецом: сами формулируют задачу, пишут прикладное ПО, «параллелят» и внедряют результаты в «свои» проекты. Такое одностороннее движение от вузовских исследований к реальным предприятиям не может загрузить даже имеющиеся суперкомпьютерные кластеры. Да и доминирующая сегодня тенденция на выделение в вузовской среде «особо достойных» еще более снижает шансы на прагматичную смычку между прикладной вузовской наукой и реальной экономикой.

    «Петафлопсы — это не самоцель. Цель в том, чтобы создать ресурс, который в дальнейшем обеспечит владельцу конкурентные преимущества, — поясняет Артем Гениев, менеджер по корпоративным системам Dell. — Например, если создание нового лекарства требует 10 лет расчетов на ЭВМ с производительностью 100 терафлопс, то система производительностью 1 петафлопс решит эту задачу за год». Но в нашей замонополизированной экономике конкурентные преимущества никому особо не нужны! «Зачем вкладываться в производство современной продукции, когда можно бесконечно шантажировать правительство социальным взрывом и требовать новых бюджетных инъекций и протекционистских мер? — спрашивает Евгений Лилитко. — Вот когда промышленность поймет, что внедрять инновации выгоднее, чем клянчить субсидии, ее не нужно будет стимулировать».

    Очевидно: никакая приставка — тера, пета или экза — сама по себе не вынесет экономику на инновационные вершины. Зацикливаться на них — это все равно что, строя мост, с упоением вбивать все больше свай в его основание, напрочь забыв о том, что по мосту еще и автомобили должны ездить.

    Есть ли потребность у российской экономики в массовом использовании суперкомпьютеров?


    Андрей Шпиленко, председатель совета директоров технопар­ка «Система-Саров»: Безусловно есть. Но пользоваться этими возможностями готовы, как правило, госбюджетные потребители или крупные компании-монополисты, решающие одну крупную прикладную задачу. Хотя круг подходящих задач более широк. Проблемы напрямую связаны с нечеткостью инновационного развития экономики, где требуются системный подход и мощная господдержка, нацеленная на подъем прикладной и фундаментальной науки.

    Олег Изумрудов, генеральный директор ETegro Technologies: Мне не кажется, что переход на суперкомпьютеры надо стимулировать, рынок сам расставит приоритеты. Пока большинство задач для «суперов» — научные. Массовым этот процесс быть не может, и «окупаемости» таких машин в большинстве случаев нет. Однако уже формируется понимание, что суперкомпьютер приносит косвенную прибыль, ведь выгоду могут давать результаты расчетов. Поэтому с каждым годом пополняется число внедряемых решений среднего уровня.

    Ренат Юсупов, старший вице-прези­дент Kraftway по тех­нологиям: Стимулировать нужно, но не то, что мы имеем сегодня, ведь это пародия на конкурентный рынок. Нужно, чтобы эта область стала действительно конкурентной, сбалансированной по соотношению программных и аппаратных продуктов. То есть инвестировать бюджетные средства в разработку ПО проектирования, моделирования, инженерных расчетов, прогнозов для достижения реальных результатов, а не «попугаев» в рейтингах. Только тогда можно ожидать некоторого прорыва.

    Если посчитать...


    Сергей Абрамов, директор Института программных систем РАН: К сожалению, внедрение инновационных технологий в нашей стране до сих пор строится с точки зрения психологии «челноков» 90-х годов — мы привыкли оценивать все проекты по экономической эффективности. А к суперкомпьютерной отрасли во всем мире относятся с позиций не коммерческой, а бюджетной эффективности. Вместе это принимает вид национальных суперкомпьютерных центров, которые затем объединяются в grid-сеть, которая и предоставляет всему обществу возможность использовать суперкомпьютерные ресурсы. В развитых странах мира эти ресурсы никто никому напрямую не продает. В США только по программе INCITE в нынешнем году раздали 1,6 триллиона процессоро-часов. Их получили не только ученые, но и многочисленные коммерческие компании. Все они просят государство помочь в инновациях — просчитать свою продукцию на суперкомпьютерах. Эти расчеты помогают выйти на рынок с новой продукцией, причем результаты расчетов принадлежат самим компаниям, а не государству и не национальным лабораториям. В результате доходы компаний растут, как и налоги, которые эти компании исправно платят государству. И только в этот момент, то есть через несколько лет государство получает обратно вложенные в расчеты деньги. Такая модель называется бюджетной эффективностью. Но россияне еще не умеют так мыслить.

    Проект создания экзафлопсной машины — дорогостоящий, и он уже идет. Цели понятны, одна из них — энергетическая безопасность США. Но такие машины появятся на рубеже 2018 года, а эффект от них — еще позже, в 20—30‑х годах. Причем эффект такой, что ни один наш обыватель, ни один чиновник Минэкономразвития РФ не будет им воодушевлен. Да, появятся новые двигатели, которые будут на 20 процентов эффективнее существующих, на 15 процентов увеличится доля ветровых электростанций в энергетике государства, по-новому спроектированные атомные станции будут работать на 15 процентов эффективнее. И вот что получается: сделаны миллиардные инвестиции, проект длится 15—20 лет, а эффект от него — 10—20 процентов. Наша психология не готова к таким вещам. Но это единственный путь, который и называется модернизацией, инновациями и достижением лидерских позиций.

    Делиться надо


    Свой метод оживления спроса на суперкомпьютерные расчеты придумали «Роснанотех» и производитель СК «Т-Платформы». Решено вложить 200 миллионов рублей в финансирование 40 задач, требующих суперкомпьютерного моделирования. Половина из них будет из наносферы, остальные — из важных традиционных отраслей: авиа- и судостроения, фармацевтики и т. д. Авторов задач будут выбирать на конкурсной основе.

    Еще одна попытка создания целенаправленного спроса — появление общественной организации «Национальная суперкомпьютерная технологическая платформа». Речь идет о том, чтобы ученые, сотрудники вузов и компаний выработали консолидированную позицию относительно того, чего и каким образом им хотелось бы получить от СК, и эту единую позицию представляли госчиновникам.

    Прорыв заказывали?


    Одна из самых больших проблем суперкомпьютеров — энергоэффективность. Сегодня самые мощные машины потребляют 5—10 МВт электроэнергии, что в пересчете на экзафлопсный вариант дает от 1 до 500 ГВт электроэнергии, для чего потребуется специальная электростанция. Причем из потребляемых мегаватт ровно половина расходуется на охлаждение установки. «Это всегда верно, если хотя бы в одном контуре используется воздух», — подчеркивает Сергей Абрамов, директор Института программных систем РАН, научный руководитель от России суперкомпьютерных программ «СКИФ» и «СКИФ-ГРИД» Союзного государства. Поэтому сегодня в мире на взлете популярности водяное охлаждение. Строго говоря, это хорошо забытое старое — оно было реализовано в суперкомпьютерах Cray и российских приснопамятных «Эльбрусах». В СК «СКИФ-Аврора ЮУрГУ» в Челябинске, в котором впервые в мире все микросхемы стали охлаждаться водой, удалось сократить энергопотребление в два раза. А суперхит, по оценкам Абрамова, — охлаждение горячей водой. Судите сами: современные процессоры прекрасно работают при температуре 80—90 градусов. Значит, охлаждать их можно водой с температурой 50 градусов, и тогда на выходе системы мы получаем воду 70—80 градусов, которой можно отапливать здание, подогревать теплицы, бассейны.

    Следующий технологический вызов — огромное количество процессорных ядер, коих в экзафлопсной машине будут, видимо, миллионы или миллиарды. С помощью каких средств они будут обмениваться между собой информацией? Какой будет топология такой сети, ведь нужно так связать между собой миллион узлов, чтобы были короткие пути от каждого к каждому? Возможно, это будет тор огромной размерности. И еще один крайне интересный вопрос: как обеспечить надежность одновременной работы миллиона процессорных ядер, это ведь все равно что миллион работающих компьютеров? Пока ответа никто не нашел.
    Источник: itogi.ru



    Дочитали статью до конца? Пожалуйста, примите участие в обсуждении, выскажите свою точку зрения, либо просто проставьте оценку статье.

    Вы также можете:

    • Перейти на главную и ознакомиться с самыми интересными постами дня
    • Добавить статью в заметки на: Добавить эту статью в TwitterДобавить эту статью ВконтактеДобавить эту статью в FacebookПоделиться В Моем Мире
    • Добавить на Яндекс

    • 0
    • 01 декабря 2010, 11:43
    • patron

    Специальные предложения


    Резиновая плитка для пола «Модуль»

    Вулканизированная резина для пола в тренажерном зале обладает исключительной прочностью и укладывается как полы для занятий штангой и спортивные мобильные тяжелоатлетические площадки на улице. Покрытие не крошится и не впитывает влагу, это литая вулканизированная резина, не крошка! Покрытие послужит незаменимым полом в ангары для хранения мотоциклов, снегоходов, лодок, гидроциклов, катеров и яхт…

    Резиновое покрытие Трансформер «ЗЕРНО»

    Уникальное напольное покрытие из резины для быстрой и самостоятельной сборки пола в гараже. Полы в личном гараже Вы можете собрать своими руками, без привлечения строителей. Удобный предустановленный замок, позволит произвести монтаж резиновых плит без применения клея. Покрытие устойчиво к шипам, износу и проливу технических масел и бензина…

    Модульная плитка ПВХ для пола

    Модульная плитка ПВХ для пола в гараж, автосервис, цех, торгово-развлекательный центр, офис, фитнес и тренажерный зал, зрительный зал кинотеатра, склад. Модульные плитки ПВХ настолько просты в монтаже, что не требуют специальных навыков для своей установки. Неподготовленный человек может собрать более 100 кв.м. напольного покрытия за один рабочий день. Для сборки не требуется клей, цемент и другие крепежные материалы...


    +7 (495) 969-75-83

    +7 (495) 969-75-83

    +7 (495) 969-75-83

    Смотреть все предложения...

    Новостная сеть блогов MyWebS - это всё самое актуальное: основные мировые новости, лучшие фотографии из последних новостей. А также просто полезная и занимательная информация: о событиях в России, о достижениях в мире технологий, о загадочном и непостижимом, об исторических фактах и просто о знаменательных событиях.

    © Copyright 2010–2018