– В настоящее время никакие современные технологии невозможно создать без суперкомпьютера. Он необходим, если нужно добиться максимальной производительности, минимального потребления энергии, создать высокоточные инструменты. И чем более мощный суперкомпьютер работает над выполнением задачи, тем более точное оборудование можно смоделировать и создать в реальности, – говорит руководитель лаборатории Павел Сергеевич Костенецкий.
По его словам, у людей по роду деятельности далеких от вычислительной техники представления о суперкомпьютере иногда оказываются очень забавными: «Был случай, когда к нам на экскурсию пришел человек, который не является специалистом в области суперкомпьютинга. Вошел в лабораторию, посмотрел по сторонам, увидел в центре ноутбук, с которого воспроизводились презентационные слайды, и сказал: “О! Какой маленький суперкомпьютер!”. Это выглядело очень смешно, потому что на самом деле суперкомпьютер находился вокруг него».
Есть несколько определений суперкомпьютера, но среди них – ни одного официального. Это связано с тем, что суперкомпьютер от просто компьютера отличается прежде всего мощностью, а прогресс в IT-сфере идет быстрыми темпами, и самый мощный суперкомпьютер уже через десять лет оказывается равным по производительности новой персональной ЭВМ.
– Есть такое неофициальное определение: суперкомпьютер – это компьютер, который в тысячи раз мощнее современного ПК. «Торнадо ЮУрГУ» с производительностью 473,6 Терафлопса, состоящий из 480 вычислительных узлов и имеющий 29184 ядер, занимает восьмое место в рейтинге ТОП-50 наиболее мощных компьютеров СНГ, – рассказывает Павел Костенецкий. – Суперкомпьютер отличается высокой энергоэффективностью, обеспечиваемой за счет системы прямого жидкостного охлаждения.
Суперкомпьютер ЮУрГУ построен на базе серверных процессоров Intel Xeon и многоядерных ускорителей Intel Xeon Phi. Весь кластер – это совокупность 480 однотипных серверов, которые объединяются высокоскоростной сетью 40 Гигабит InfiniBand. У суперкомпьютера очень сложная коммуникационная сеть с топологией «толстое дерево». Именно за счет такого соединения производительность суперкомпьютера в сотни раз выше, чем при использовании обычной топологии «иерархическая звезда», которая требует для своей работы в десятки раз меньше коммутаторов и соединительных кабелей. Благодаря такой коммуникационной сети все сервера могут работать над одной и той же задачей, функционируя как единый супервычислитель.
– В настоящее время наш суперкомпьютер «Торнадо ЮУрГУ» за секунду выполняет 473 триллиона операций над числами, содержащими по 38 цифр. Если предположить, что хороший математик может выполнять в минуту одну такую операцию, то ему потребуется около 90 000 лет, чтобы произвести тот же объем вычислений, – говорит Павел Костенецкий.
Есть два вида вычислительных задач: решаемые аналитически, то есть по формулам, на обычном компьютере и конечно-элементные, которые невозможно описать аналитически. Именно последние наиболее подходят для суперкомпьютеров. Чтобы решать задачи такого рода – например, рассчитать движение воздушного потока в турбине авиационного двигателя, – ученые делят объект в памяти суперкомпьютера на десятки миллионов «кусочков», в каждом из которых решаются десятки уравнений. И такое количество расчетов требуется выполнить для каждой микросекунды моделируемого процесса – который длится долгое время! Чтобы собрать все эти данные воедино и увидеть, как нужно улучшить авиадвигатель, необходим суперкомпьютер. И чем он мощнее, тем более точные результаты будут получены.
– На нашем суперкомпьютере выполнены расчеты двигателей для новейшего российского пассажирского самолета МС-21 – магистрального самолета XXI века, который буквально на днях совершил свой первый полет. Это первый российский пассажирский самолет, который сделан полностью на основе отечественных технологий. Самолетостроение – это только одна из множества сфер, где расчеты на суперкомпьютере не просто важны, они необходимы, – поясняет Павел Сергеевич.
На сегодняшний день Лаборатория суперкомпьютерного моделирования предоставляет вычислительный сервис для государственных и коммерческих проектов. Кроме того, суперкомпьютер активно используется для выполнения научных работ и исследований. Отечественные корпорации только начинают использовать возможности суперкомпьютеров. Если для зарубежных производственных гигантов суперкомпьютер – это настоящее, то для некоторых российских компаний – будущее.
– С помощью суперкомпьютера разработка новой модели автомобиля за рубежом занимает не более трех лет. А в России для этого пока требуется около десяти лет. Сейчас отечественный автопром тоже начал использовать возможности суперкомпьютеров, не на постоянной основе – экспериментально. Потому что в стране пока мало квалифицированных специалистов, способных не только обслуживать суперкомпьютер, но и работать на нем. Благодаря тому, что наш суперкомпьютер – это часть университета, мы сами можем обучать кадры, которые работают у нас. Надо сказать, что системные администраторы, которые работают с такой сложной машиной, – очень редкие и ценные сотрудники, – говорит руководитель лаборатории.
Во всех магистерских программах университета, которые относятся к техническим и естественно-научным направлениям, сотрудники лаборатории читают учебный курс «Суперкомпьютерное моделирование». Это сделано для того, чтобы выпускники ЮУрГУ знали основы работы на суперкомпьютере и могли самостоятельно выполнять высокопроизводительные расчеты, которые требуются в промышленном производстве для создания современной наукоёмкой продукции.
