Au-5500 — не сборка, пусть и самая высокотехнологичная, из готовых компонентов, а полноценный компьютер с собственной оригинальной архитектурой За время опытной эксплуатации суперкомпьютеру удалось решить несколько серьезных прикладных задач, в том числе по моделированию работы металлургического оборудования и деформации бронежилетов при попадании пули.

В создании южноуральского суперкомпьютера приняли участие организации, работающие по белорусско-российской программе СКИФ; основными же исполнителями были Институт программных систем РАН и «Российская суперкомпьютерная компания СКИФ». На их долю выпала разработка прикладных программ и адаптация системного программного обеспечения, а разработку аппаратного решения осуществила итальянская компания Eurotech. По двустороннему соглашению, заключенному в марте 2009 года, ИПС РАН взял на себя научную и техническую поддержку решений, вклад со стороны Eurotech — архитектура Aurora, проектирование и производство компьютерной системы. Поддержку проекту оказала также корпорация Intel.

«СКИФ-Аврора ЮУрГУ» — четвертая вычислительная система в составе университетского ВЦ. Как заявил ректор ЮУрГУ Александр Шестаков, развитие высокопроизводительных вычислений способствует превращению Суперкомпьютерного центра в составе ЮУрГУ в структуру, позволяющую оказывать компьютерные услуги на уровне всего Уральского федерального округа и способную готовить специалистов, которые будут в состоянии интерпретировать требования заказчиков и проводить их по всем этапам решения, вплоть до визуализации полученных результатов. А Сергей Абрамов, директор ИПС РАН, подчеркнул, что любой компьютер, в том числе и данный, — всего лишь пусть очень сложный, но инструмент, и умение им пользоваться не менее важно, чем создание самого инструмента. Системное программное обеспечение, средства для программирования параллельных вычислений стремительно развиваются, создание и применение этого ПО становится областью деятельности профессионалов, в задачу которых входит выработка инфраструктуры вычислительных услуг для конечных пользователей — инженеров и ученых, работающих в тех или иных прикладных областях.

Ядро нового СКИФа — компьютер Aurora Au-5500 на базе процессоров Intel Xeon 5500, размещенных в 256 двухпроцессорных лезвиях. Суммарная оперативная память компьютера — 3 Тбайт. В лезвия установлены твердотельные накопители (Solid State Drive, SSD) и ускорители на программируемых логических матрицах (FPGA), которые в случаях, когда их удается задействовать, позволяют в несколько раз повысить скорость работы. Кроме основной сети, связывающей узлы в трехмерный тор, есть несколько вспомогательных сервисных сетей, возможность замены лезвий «на лету» и другие средства обеспечения надежности. Уникальным Au-5500 делает не только архитектура Aurora, но и инженерно-конструкторские решения. Например, КПД жидкостной системы охлаждения в несколько раз выше, чем у воздушной. В результате сочетания экономичных процессоров и более эффективной системы охлаждения удается снизить энергопотребление всей системы на 60% по сравнению с аналогами. Это позволяет размещать в одной стойке большее число узлов, что сокращает длину проводников и, следовательно, повышает скорость обмена данными. Au-5500 попадает в категорию самых «зеленых» суперкомпьютеров; наблюдателя поражает следствие отсутствия движущихся деталей — полная тишина, разрушающая стереотипное представление о машинном зале.

Уже представлена модель на базе процессоров Xeon 5600, это Au-5600, производительность одной ее стойки увеличивается до 40 TFLOPS, следовательно, для достижения 1 TFLOPS потребуется 25 стоек, суммарное энергопотребление которых составит 2,84 МВт. Для сравнения, если экстраполировать параметры нынешней версии суперкластера «Ломоносов» на 1 TFLOPS, то его энергопотребление составит порядка 4 МВт.

Показательно, что Au-5500 — не сборка, пусть и самая высокотехнологичная, из готовых компонентов, а полноценный компьютер с собственной оригинальной архитектурой. У него академические корни, которые уходят в начало 80-х годов, когда три ведущие физические лаборатории Италии, входящие в состав Национального института ядерной физики, и две родственные им лаборатории в Германии и Франции приступили к разработке оригинальных компьютеров семейства Array Processor Experiment (APE), в которых использовались специализированные процессоры с очень длинным словом (Very Long Instruction Word, VLIW) и которые строились по архитектуре «одна команда — много данных» (Single Instruction Multiple Data, SIMD). Первый результат этого сотрудничества вышел в свет в 1984 году, то есть за десять лет до появления кластера Beоwolf, собранного из рабочих станций и ставшего прародителем почти всех нынешних суперкомпьютеров-суперкластеров. Всего в период до 2005 года было разработано четыре модели — APE, APE100, APEmille и APEnext. Их общий видовой признак — низкая тактовая частота и при этом высокая производительность. Последняя модель, имея 4096 процессоров, работающих на частоте всего 200 МГц, то есть на порядок ниже, чем у современных ей х86-систем, показывала производительность 7 PFLOPS. Такие возможности обеспечивала система межсоединений, в APEnext она была построена по принципу трехмерного тора. В 2000-е годы была образована многопрофильная научная ассоциация AuroraScience Collaboration с участием администрации провинции Тренто и НИЯФ, одной из целей которой является развитие тороидальных сетей Aurora. На 2011 год запланировано создание компьютера с производительностью 100 TFLOPS, в дальнейшем планируется создавать и петафлопсные компьютеры. Впрочем, миссия ассоциации видится не в достижении формальных показателей, а в создании локального научного-технического сообщества.

Второй предпосылкой к появлению на свет Au-5500 оказалось образование в 1992 году компании Eurotech, которая начала с миниатюрных встроенных компьютеров, а в последующем включила в свою программу и высокопроизводительные машины. По неформальному соглашению с Aurora­Science в Eurotech обеспечили перевод архитектуры Aurora на стандартные процессоры и наладили производство этих систем. Небольшая по численности, Eurotech успела стать интернациональной «фабрикой идей». Поставка Aurora-5500 в Челябинск стала одним из важных этапов в деятельности Eurotech.

Выбор данной платформы для «СКИФ-Аврора ЮУрГУ» можно оценить как весьма многообещающий шаг, причем не только с прагматической точки зрения. Решение конкретных вычислительных задач важно, но еще большее значение имеют открывающиеся перспективы вхождения исследователей из ИПС РАН и ЮУрГУ в европейское научное и образовательное сообщество.

Поделитесь материалом с коллегами и друзьями

Купить номер с этой статьей в PDF