Экзафлопсный суперкомпьютер в России

Межведомственная рабочая группа по развитию индустрии суперкомпьютеров в России и их применению в промышленности, возглавляемая гендиректором "Росатома" Сергеем Кириенко, организовала специальную группу, которая занялась разработкой концепции по развитию технологий высокопроизводительных вычислений на базе суперЭВМ экзафлопсного класса. Такая система будет способна выполнять свыше квинтиллиона операций в секунду (10 в 18 степени).

По информации CNews, возглавил "экзафлопсную" группу директор департамента развития научно-производственной базы ядерного оружейного комплекса госкорпорации "Росатом" Сергей Власов. Среди других ее членов - директор ИПС имени А.К. Айламазяна РАН Сергей Абрамов, директор НИИ системных исследований РАН Владимир Бетелин, декан факультета вычислительной математики и кибернетики Виктор Гергель, ряд сотрудников федерального ядерного центра в Сарове РФЯЦ-ВНИИЭФ (входит в "Росатом").

По данным источника CNews, знакомого с ходом подготовки концепции, созданием экзафлопсного суперкомпьютера, вероятнее всего, займутся специалисты РФЯЦ-ВНИИЭФ. Концепция проекта предполагает поэтапное увеличение вычислительных мощностей ядерного центра - в десять раз каждые три года. Предварительно сроки выглядят следующим образом: 2011 г. - 1 Пфлопс, 2014 г. - 10 Пфлопс, 2017 г. - 100 Пфлопс, 2020 г. - 1 экзафлопс. Как сообщает источник, по энергопотреблению системы разработчики рассчитывают уложиться в 20 МВт.

Разработку концепции планируется завершить к апрелю 2011 г. и представить на рассмотрение межведомственной рабочей группы, а затем, в случае одобрения, - представить соответствующее предложение в правительство. Объемы необходимого финансирования специалисты еще не оценили.

Ранее источник CNews, знакомый с деятельностью РФЯЦ-ВНИИЭФ, сообщал, что в этом центре уже установлено несколько суперкомпьютеров, мощность самого крупного из которых составляет 1 Пфлопс. Сборку этого суперкомпьютера РФЯЦ-ВНИИЭФ осуществлял самостоятельно. Правда, по словам собеседника CNews, в Тop-500 мощнейших суперкомпьютеров мира эта система не появится из-за ограничений, связанных с уровнем секретности организации.

Напомним, что РФЯЦ-ВНИИЭФ уже занимается разработкой персональных суперкомпьютеров. В 2010 г. институт передал 21 такую систему различным промышленным предприятиям, а в 2011 г. планирует передать 52 системы. Как рассказывал CNews представитель РФЯЦ-ВНИИЭФ Сергей Егоршин, их сборка осуществляется в собственной лаборатории центра.

По мнению Сергея Абрамова, директора ИПС имени А.К. Айламазяна РАН, у специалистов ядерного центра накоплен большой опыт создания мощных вычислительных систем: "У РФЯЦ-ВНИИЭФ всегда были большие машины, очень часто, самые мощные по России и СНГ. Просто они нигде не "светились". У них много опытных образцов суперкомпьютерных платформ собственной разработки, и они были одними из первых, кто в России сделал достаточно крупную установку на графических процессорах".

Для создания экзафлопсной системы разработчикам придется преодолеть целый ряд технологических проблем, связанных с энергопотреблением, объемом памяти, масштабируемостью системного ПО и реальных приложений на миллионы процессорных ядер, говорит Алексей Волгин, главный специалист департамента развития научно-производственной базы ядерного оружейного комплекса госкорпорации "Росатом".

"В настоящий момент в мире не существует окончательного видения направлений развития элементной базы и архитектуры построения вычислительных систем эксафлопного класса, - объясняет Волгин. - Концепция универсальной многоядерности Intel и AMD может оказаться бесперспективной по энергопотреблению (сотни мегаватт по самым оптимистичным прогнозам) и из-за конфликтного доступа множества ядер к общей памяти".

О графических ускорителях (концепция nVidia) как об основной платформе будущего, по мнению Волгина, говорить преждевременно в силу "жесткости" архитектуры и связанной с этим программной сложностью эффективного распараллеливания. "Новая стратегия развития, скорее всего, будет базироваться на интеграции в одном кристалле разнородных вычислительных ядер, с интеграцией в вычислительный модуль высокочастотных FPGA", считает он.

Стоит отметить, что в США суперкомпьютер экзафлопсного класса рассчитывают создать как минимум на два года раньше - в 2018 г. В частности, о таких планах заявляло агентство передовых оборонных исследовательских проектов Минобороны США (DAPRA) после того, как в ноябре прошлого года в Топ-500 мощнейших суперкомпьютеров мира на первое место впервые в истории вырвалась китайская система - Tianhe-1A. До этого на первом месте оказывались лишь суперкомпьютеры США и Японии. Пиковая производительность китайского суперкомпьютера составляет 4,7 Пфлопс, реальная - 2,56 Пфлопс.

На сегодняшний день разработки в области экзафлопсных суперкомпьютеров ведут разные группы разработчиков в США. Совместные работы в этом направлении, к примеру, проводят национальные лаборатории Sandia и Oak Ridge министерства энергетики США. Экзафлопсные программы есть и в Европе.

Из российских организаций разработками в области экзафлопсных вычислительных систем намерен заниматься МГУ и компания "Т-Платформы", заключившие в 2010 г. соответствующий меморандум.

Экзафлопсные системы наиболее актуальны для задач, требующих масштабного моделирования с большой точностью. К примеру, Министерство энергетики США рассматривает экзафлопсный суперкомпьютер как инструмент энергетической безопасности страны. С его помощью американцы планируют проектировать атомные станции, использовать для разведки нефтегазовых месторождений с целью повысить коэффициент извлечения углеводородов, создавать новые виды синтетического топлива.