Несъедобный биг-мак

Суперкомпьютеры уже не представляют собой огромные «шкафы», производящие вычисления по заказу только военных или ученых. Благодаря современным сетям, обеспечивающим высокоскоростной обмен данными, десятки и сотни рядовых компьютеров могут быть объединены в кластеры. Единая сеть становится мощным суперкомпьютером. Ее более низкая стоимость резко расширила круг потенциальных покупателей.

 

В июле прошлого года сотрудники американского Национального центра суперкомпьютерных приложений при университете Иллинойса собрали суперкомпьютерный кластер с производительностью 0,5 терафлопса из 70 игровых приставок Playstation 2 (ценой $200 за штуку). Студенты и преподаватели хотели таким образом продемонстрировать бессмысленность существующих экспортных ограничений на поставку мощных компьютерных систем американского производства в неблагонадежные страны. Три года назад Россия еще находилась в этом списке.

Создание все более и более высокоcкоростных систем объясняется не спортивным азартом ученых, а реальными потребностями экономики. Крупным компаниям необходимы производительные и недорогие вычислительные устройства, чтобы быстро реагировать на рыночные изменения, оценивать бизнес-риски и делать прогнозы.

Благодаря одновременному удешевлению и росту производительности персональных компьютеров и локальных сетей кластерные технологии в конце 1990-х совершили «вторую суперкомпьютерную революцию». Именно так характеризует это явление Алексей Лацис, один из создателей до сих пор крупнейшего российского суперкомпьютера МВС-1000М, в книге «Как построить и использовать суперкомпьютер». Первая суперкомпьютерная революция привела в середине 1980-х годов к переходу от строительства мощных процессоров к параллельным вычислениям на многопроцессорных системах.

 

Виртуальные орки

 

Несмотря на неприступную приставку «супер», с результатами работы суперкомпьютеров, мощных и не очень, мы встречаемся каждый день. Собираясь на работу, мы слушаем прогноз погоды (хоть он и не всегда сбывается, но суперкомпьютер в Росгидрометеоцентре делает все возможное). В автомобилях зарубежного производства наша безопасность многократно обсчитана в виртуальных краш-тестах. В кино без компьютерных спецэффектов сегодня не обходятся даже мелодрамы.

Технологическое «закулисье» любого блокбастера поражает воображение даже специалиста. Например, сцены «Властелина колец», включая битву 120 000 виртуальных орков с 8000 рыцарей королевства Рохан, просчитывались на третьем по величине суперкомпьютере в мире, принадлежащем компании Weta Digital (cам суперкомпьютер находится в Новой Зеландии). А если бы нашлись деньги на современную систему управления уличным движением в российских городах-миллионниках, то суперкомпьютер мог бы управлять светофорами, разгрузив городские магистрали. Пилотные испытания такой системы проходят в Новосибирске.

Кластер может состоять из самых обычных ПК, купленных в обыкновенном магазине. Компьютеры могут быть связаны между собой как с помощью обычных широко используемых сетей – таких, как Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, – так и с помощью специальных коммуникационных технологий, созданных для высокопроизводительных систем (InfiniBand, Myrinet, SCI и др.).

Кластеры могут быть мощными и не очень, дорогими и доступными, могут быть упакованы в аккуратный шкаф, а могут объединять компьютеры, разбросанные по всему земному шару. С помощью кластерной технологии можно собрать компьютер практически любой производительности. При этом кластер может собираться из относительно недорогих модулей, и, что важно, его мощность можно наращивать, добавляя по мере необходимости новые узлы.

Виргинский технологический институт удивил компьютерную общественность, собрав суперкомпьютер из 1100 двухпроцессорных серверов PowerMac G5. Его производительность составила более 10 терафлопсов, и он занял третье место в мире. Кластер скромно назвали «Х», но в печати он получил более яркое прозвище – Биг-Мак. Первые места занимают японский Earth Simulator, занимающийся моделированием климата планеты, и ASCIQ, собранный в Лос-Аламосском ядерном центре. Японский суперкомпьютер создала компания NEC, он имеет скорость вычислений 35,5 терафлопса. Американский суперкомпьютер был собран Hewlett-Packard на базе машин AlphaServer SC45, его мощность – 13,9 терафлопса.

Анализ списка тop-500 высокопроизводительных систем за последние годы наглядно показывает две тенденции. Во-первых, доля кластерных суперкомпьютеров неизменно растет. В топ-500 суперкомпьютеров за 2003 год вошли почти 300 кластеров, а из пятерки лидеров только японский Earth Simulator представляет «некластерное» семейство. Во-вторых, увеличивается доля кластеров, построенных на процессорах массового производства. Например, на процессорах Intel собраны почти 60% систем из тop-500, еще 6% приходится на процессоры AMD. Полтора года назад количество систем, собранных на массовых процессорах, составляло всего 10%.

 

Краш-тест для России

 

Круг мировых лидеров в производстве высокопроизводительных систем весьма узок, его образуют компании IBM, Hewlett-Packard, NEC, Sun Microsystems.

В России работают два суперкомпьютера – МВС-1000 (мощность – 730 гигафлопс), установленный в Академии наук, и HP Superdome в Сбербанке (440 гигафлопс). Также в рамках межгосударственной российско-белорусской суперкомпьютерной программы в конце 2003 года был создан «СКИФ К-500» мощностью 470 гигафлопсов. Отечественным разработчикам удалось найти оригинальные решения ряда сложных инженерных и схемотехнических проблем, которые неизбежны при создании мощных компьютерных систем.

Один из участников программы «СКИФ» – российская компания «Т-Платформы», выполнившая вычислительные узлы для суперкомпьютера «СКИФ К-500», продолжает активно разрабатывать компактные кластерные системы. К примеру, недавно созданный кластер T-Forge20HB объединяет 20 процессоров AMD Opteron, обеспечивающих производительность 88 гигафлопс. Стойка с пятью такими кластерами общей мощностью 440 гигафлопсов полгода назад без труда могла попасть в рейтинг тop-500.

По мнению экспертов «Т-Платформ», в России одним из важных направлений применения кластеров является разведка нефти и газа. Сегодня разведка запасов полезных ископаемых основана на сложном моделировании структуры земной коры с использованием данных, доступных для измерения. В России идут интенсивные работы по применению мощных вычислительных устройств в поиске новых месторождений полезных ископаемых, что позволяет избежать дорогостоящих затрат на натурные эксперименты.

В данном случае мы следуем за успешным зарубежным опытом. Например, нефтяной гигант BP значительно снизил себестоимость добычи и транспортировки нефти с глубоководной платформы «Марлин» в Мексиканском заливе благодаря использованию суперкомпьютера для получения точных геофизических данных о месторождении. Сейчас себестоимость барреля, добытого BP на шельфе, приближается к аналогичному показателю нефти, добытой на суше.

Большую пользу кластерные технологии могут принести в отечественном машиностроении, где компьютерное моделирование аэродинамических свойств летательных аппаратов и автомобилей, прочностных характеристик машин и их деталей гораздо дешевле натурных испытаний. Одна из причин того, что от начала разработки новой марки отечественного автомобиля до ее выпуска проходят годы, является недостаточное обеспечение автопрома компьютерным оборудованием. Без мощных вычислительных систем невозможно проведение сложных инженерных расчетов: от расчета дизайна до проведения краш-тестов модели. За рубежом кластерные технологии используются также в индустрии развлечений, фармацевтике, производстве новых материалов и т.д. В России представители этих отраслей пока лишь присматриваются к возможностям суперкомпьютеров.

 

Рейтинг
( Пока оценок нет )
webnewsite.ru / автор статьи
Загрузка ...

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: