ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЙ ЦЕНТР ВОЗРОЖДАЕТСЯ?

Галина Шпак, "НВС"

В начале девяностых годов, когда на ВЦ СО АН СССР пришлось демонтировать единственную в своем роде ЭВМ — ЕС-1068 — она была многопроцессорной (8!), в отличие от других машин ЕСовской серии — Вычислительный центр Сибирского отделения по существу перестал существовать.

Особо ценные блоки машины, содержащие золото, платину и другие благородные металлы, продали и таким образом хотя бы частично возместили затраты на создание модернизированной машины.

По большому счету вынужденное разрушение вычислительного комплекса символизировало разрыв связей в государстве — катастрофически молниеносно прекратил существование Советский Союз и многочисленные союзные ведомства, в том числе Академия наук СССР.

Последнее десятилетие в России славным не назовешь, но все-таки научное сообщество нашей страны сохранило жизненную энергию.

Казалось бы, локальный факт: на ВЦ Сибирского отделения собственноручно уничтожили свою лучшую машину, можно сказать — первую кластерную систему. Развал в стране, конечно, поспособствовал этому. И все же мощные отечественные ЭВМ просто не выдержали конкуренции (и по энергозатратам!) с импортными персональными компьютерами, которыми стали оснащаться институты Сибирского отделения. А вот суперкомпьютер типа Silicon Grafic с 48-ю процессорами ни за какие деньги не купишь, даже если бы нашлось несколько десятков тысяч долларов — просто не продадут. На мировом компьютерном рынке до сих пор фактически существуют ограничения для России и стран СНГ.

Как преодолеть такую ситуацию, выйти из положения?

Еще в первые годы формирования Российской академии наук была принята новая стратегия развития вычислительной техники и технологий, направленная на создание суперкомпьютерных центров в крупных городах — Москве, Санкт-Петербурге, Новосибирске, Владивостоке...

Организационно-техническая схема сводилась, на первый взгляд, к простым вещам: на элементной базе западных фирм производить сборку мощных компьютеров в России.

В Москве уже создан Межведомственный суперкомпьютерный центр. Идет монтаж — процессоры "обвязывают" в единую систему, ставят собственное программное обеспечение на распараллеливание...

В марте этого года вышло постановление Президиума СО РАН о создании Сибирского суперкомпьютерного центра (ССКЦ) коллективного пользования при Институте вычислительной математики и математической геофизики СО РАН.

— Означает ли это возрождение ВЦ СО РАН?

На этот вопрос корреспондента "НВС" директор института доктор физико-математических наук Борис Григорьевич МИХАЙЛЕНКО ответил утвердительно.

— Действительно, такой Центр создан на правах отдела в нашем институте. Научно-методическое руководство деятельностью ССКЦ возложено на Научный совет СО РАН по супервычислениям, в который входят представители более 20 организаций СО РАН. Председателем совета является академик А.Алексеев. Он, кстати, сыграл определяющую роль в получении немецкого кредита на покупку вычислительной техники для ССКЦ. В настоящее время запущена первая очередь Центра на базе немецкой ЭВМ RM-600 E30 с 11-ю процессорами и общей оперативной памятью 5 Гигабайт (Гб). Предполагается в дальнейшем увеличить объем оперативной памяти до 8 Гб. И хотя по производительности эта машина не относится к классу суперЭВМ, тем не менее, часть задач, требующих большого объема общей оперативной памяти, успешно на ней решаются. Ее используют восемь институтов Сибирского отделения.

Принципиальным моментом является создание в СО РАН мощной суперЭВМ, производительность которой можно наращивать с каждым годом. Хочу заметить, что это особенно важно, так как за каждое пятилетие производительность суперкомпьютеров возрастает на порядок.

В связи с ограничением на поставку в страны СНГ высокопроизводительной вычислительной техники, руководством РАН, Миннауки и других ведомств около 10 лет назад было принято решение о создании отечественной линии многопроцессорных вычислительных систем (МВС-1000М) и параллельных вычислительных технологий. В настоящее время в Москве создан Межведомственный суперкомпьютерный центр, производительность которого к концу года предполагается довести до одного террафлопса. Эта система создается на основе процессоров американской фирмы Compaq. Многопроцессорная вычислительная система состоит из нескольких сот процессоров "Alpha" с тактовой частотой 667 Мгц. Аналогичная линия будет развиваться и в ССКЦ при нашем институте, и к концу года предполагается запустить первую очередь многопроцессорной вычислительной системы МВС 1000Н с 32 процессорами Alpha с тактовой частотой 833 Мгц. Объем оперативной памяти каждого процессорного узла 2 Гб. Таким образом, в СО РАН будет вторая по производительности (после Москвы) суперЭВМ в Российской академии наук. Сборка вычислительной системы МВС 1000Н ведется в настоящее время в НИИ "Квант" (г. Москва), а финансирование осуществляется Президиумами РАН и СО РАН. Ежегодно предполагается увеличение производительности этой вычислительной системы путем наращивания количества процессоров без изменения топологии связей между процессорными модулями. Таким образом возрождается одна из функций нашего института как головного Центра по оказанию вычислительных услуг для институтов СО РАН.

— Какие же основные мотивы создания Суперкомпьютерного центра в Сибирском отделении?

— Едва ли стоит говорить о той роли, которую играют суперЭВМ в области современных компьютерных и информационных технологий. Без суперЭВМ невозможно вести современные фундаментальные исследования на мировом уровне, обеспечить конкурентную способность продукции наукоемких производств, поддерживать обороноспособность страны на уровне ведущих мировых держав, решать важные народно-хозяйственные задачи.

В последние годы руководством СО РАН взят курс на поддержку интеграционных проектов. Эти проекты носят многодисциплинарный характер, что приводит к необходимости рассмотрения очень сложных математических моделей, учитывающих многие факторы на стыках наук. Исследования этих многомерных моделей невозможны без использования мощных компьютеров.

Отсутствие современных машин вынуждает ведущих специалистов уезжать на работу в зарубежные Суперцентры для проведения вычислительных экспериментов. В этом, казалось бы, нет ничего плохого. Однако нашим специалистам, как правило, платят минимальную зарплату (иногда просто суточные), а программный продукт, в который вложены передовые технологии, развиваемые в том или ином институте, остается после отъезда в распоряжении организации, которая этого специалиста пригласила. Хотел бы заметить, что программный продукт в той или иной предметной области может стоить десятки тысяч долларов.

Хочу обратить внимание и на другую тенденцию. Вроде бы нет ничего плохого в том, что в институтах создаются дешевые кластерные вычислительные системы на основе, например, процессоров "Pentium-III". Действительно, имеются задачи, которые не требуют большой памяти на каждом процессоре, не требуют быстрых межпроцессорных обменов, так как различные фрагменты задачи решаются независимо на каждом процессоре. В этих задачах обычно не нужна большая точность вычислений, поэтому 32-х разрядная архитектура процессора "Pentium-III" вполне достаточна. Но, как правило, эти задачи не определяют лицо института, а тем более Сибирского отделения.

Тем не менее, небольшие дешевые кластеры могут быть использованы для отладки больших задач, прежде чем запустить их на суперЭВМ.

Если мы захотим решать на этом кластере многомерные задачи гидродинамики, газовой динамики, ядерной физики, геологии, геофизики, физики океана и атмосферы, то потребуется, по крайне мере, до 2-х Гб оперативной памяти на каждом процессорном узле, сеть "Myrinet" для высокоскоростных обменов между процессорами и высокопроизводительные 64-разрядные процессоры типа "Alpha-21264". Эти фрагменты — составные элементы отечественной многопроцессорной вычислительной системы МВС-1000М. Цена такого кластера возрастает в десятки раз, и далеко не каждый институт может позволить себе купить и содержать такой кластер. К тому же потребуются высококлассные специалисты по распараллеливанию алгоритмов. Таких профессионалов мало даже в зарубежных Суперцентрах. Кстати, такая ситуация позволяет нашему институту зарабатывать валюту, выполняя работы по распараллеливанию задач для Суперцентров во Франции, Голландии и США.

— Какие задачи вы ставите перед институтом?

— Прежде всего, мы должны запустить в конце года 32-процессорную вычислительную систему МВС-1000Н и организовать доступ институтов СО РАН к этой системе.

В Новосибирском научном центре в качестве основной физической среды передачи данных используется старая кабельная система ВЦКП (экранированный медный кабель), проложенная еще в 80-е годы. В настоящее время в существующих колодцах ВЦКП проложены быстрые оптоволоконные линии, соединяющие ССКЦ с девятью институтами СО РАН. В ближайшее время предполагается подключить еще семь институтов СО РАН.

Важная задача для нашего института — организация консультаций по распараллеливанию больших задач на многопроцессорной вычислительной системе МВС-1000Н. Для этого разработана сборочная технология параллельных реализаций численных моделей большого размера. На основе такой технологии институт заключил международные контракты на распараллеливание задач механики и газовой динамики с несколькими зарубежными Суперцентрами.

Напомню, что каждый нечетный год институт проводит международную конференцию "Parallel Computing Technologies". В сентябре 2001 г. в Новосибирске будет проведена 6-я конференция. Она популярна в научном мире и посещается учеными из многих стран. В этом году мы ожидаем участников из 17-ти стран дальнего зарубежья. Труды конференции публикуются в широко известной серии "Lecture Notes in Computer Science" издательства "Springer Verlag".

В конце сентября мы планируем организовать также лекции для сотрудников институтов СО РАН по параллельному программированию больших задач на МВС-1000Н.

В связи с бурным развитием вычислительных систем параллельной архитектуры, в настоящее время происходит переоценка эффективности численных методов. В первую очередь стали развиваться численные методы, которые легко распараллеливаются на многопроцессорных ЭВМ. Эта тенденция прослеживается и в нашем институте. В последние годы получен ряд важных результатов в теории и практике применения метода Монте-Карло, метода декомпозиции областей, метода расщепления многомерных задач с помощью конечных интегральных преобразований к задачам физики атмосферы и океана, геофизики, механики сплошных сред, теории горения и других задач.

— Ваш институт — один из учредителей Сибирского центра информационных технологий. Расскажите об этом подробнее.

— Создание Сибирского центра информационных технологий связано действительно с бурным развитием информационных технологий и программного обеспечения в последнее десятилетие. Мировой объем продаж программных продуктов информационно-технологического комплекса увеличивается каждый год на 30 процентов и к 2002 году достигнет триллиона долларов. Предполагается, что в промышленно развитых странах к 2010 году число занятых в этом секторе составит до 50 процентов от всего работающего населения.

Но, в связи с нехваткой специалистов в области информационных технологий и программного обеспечения, стало развиваться так называемое "оффшорное" программирование — так называют работу по заказу иностранных компаний через интернет. В этом отношении показателен пример Индии — за 1999 год объем продаж в сфере "оффшорного" программирования достиг 4 млрд долларов.

Академгородок оказался уникальным местом для создания "оффшорных" фирм, так как здесь имеется университет и более двух десятков научно-исследовательских институтов. Кроме того, образование и квалификация у наших программистов очень высоки, и они могут производить наукоемкие программные продукты, а не только простые разработки, связанные с созданием web-страниц в интернете, обслуживание интернет-магазинов, бухгалтерского учета.

Поэтому основное направление деятельности Сибирского центра информационных технологий — создание программного обеспечения на основе разработок институтов СО РАН. Наш институт один из учредителей Центра, кроме того, в числе учредителей — Комитет по управлению государственным имуществом администрации НСО, НГУ и десять компаний, успешно действующих в области разработки программного обеспечения и информационных технологий. От нашего института академик А.Алексеев входит в Совет директоров и возглавляет Научный совет. Предполагается создание рабочих групп из специалистов институтов СО РАН и профессиональных программистов для реализации в виде конечных программных продуктов передовых разработок с последующим продвижением их на отечественный и международный рынки. Эта сфера деятельности Центра очень похожа на создание пояса внедрения, без которого М.А.Лаврентьев не представлял себе развития Сибирского отделения.