Слайд 1Перспективы развития суперкомпьютерных технологий «СКИФ»
Абрамов С.М. (ИПС РАН, Переславль-Залесский)
Доклад доклад на
конференции «Интеллектуальные системы и компьютерные науки», вторник, 24 октября, на 15-00, регламент — 40 минут,
МГУ им. М.В.Ломоносова,
ГЗ, 14 этаж, аудитория 1408
This presentation will probably involve audience discussion, which will create action items. Use PowerPoint to keep track of these action items during your presentation
In Slide Show, click on the right mouse button
Select “Meeting Minder”
Select the “Action Items” tab
Type in action items as they come up
Click OK to dismiss this box
This will automatically create an Action Item slide at the end of your presentation with your points entered.
Слайд 2Суперкомпьютерная Программа «СКИФ» Союзного государства
Разработка и освоение в серийном производстве семейства
моделей высокопроизводительных вычислительных систем с параллельной архитектурой (суперкомпьютеров) и создание прикладных программно-аппаратных комплексов на их основе
This presentation will probably involve audience discussion, which will create action items. Use PowerPoint to keep track of these action items during your presentation
In Slide Show, click on the right mouse button
Select “Meeting Minder”
Select the “Action Items” tab
Type in action items as they come up
Click OK to dismiss this box
This will automatically create an Action Item slide at the end of your presentation with your points entered.
Слайд 3Программа «СКИФ»
Структура исполнения
Слайд 4Комплексный подход
Единая концепция создания изделий семейства «СКИФ» и широкий спектр моделей
семейства, возможность подбора конфигурации, оптимальной для заданного применения.
Комплекс мероприятий:
разработка аппаратных средств;
разработка системного программного обеспечения;
разработка инструментальных средств и законченных (пилотных) прикладных систем;
подготовка и переподготовка кадров;
единое информационное пространство Программы.
Слайд 5Опытные образцы и установки семейства «СКИФ»
Слайд 6Linpack-производительность образцов
11
57
472
2032
26
185 раз
Слайд 7Темпы развития отрасли (Linpack)
Слайд 8«СКИФ K-500»
(октябрь 2003, Минск)
Разработчики
ОИПИ НАН Беларуси
УП «НИИ ЭВМ»
Компания
«Т-Платформы»
ИПС РАН
Проект выполнен за 4 месяца
Слайд 10«СКИФ К-1000»
Разработчики
ОИПИ НАН Беларуси
НИИ ЭВМ
ИПС РАН
Т-платформы
Этапы разработки
Исследования вариантов, разработка концепции: декабрь
2003 — март 2004
Подготовка ТТ: апрель 2004
Подготовка тендерной документации, тендер:
май 2004
Исполнение: 15 июля — 1 октября 2004, 2½ мес.
Слайд 11«СКИФ К-1000»
Пиковая производительность
2,5 триллиона оп./сек
Linpack- производительность
2,0 триллиона оп./сек
КПД = 80,1 %
Весь
проект выпуска «СКИФ К-1000»: всего лишь $ 1 800 000 (в разы меньше, чем у конкурентов)
В тендере мы обошли предложения от именитых конкурентов: IBM, HP, Fujitsu-Simens
Слайд 13«СКИФ К-1000»
98 место в мире (рейтинг Top500)
Сегодня в «первой сотне» разработки
только из четырех стран: Союзного государства, США, Японии и Китая
Ноябрь 2004: 1 место в мире по рейтингу TopCrunch (столкновение 3 автомобилей)
Ноябрь 2004: 1 место на всей территории ex-СССР (национальный рейтинг Top50)
Слайд 14«СКИФ» в Top50
семь компьютеров «СКИФ» включены
7 декабря 2004 года в список
пятидесяти самых мощных суперкомпьютеров СНГ (Тор50, http://www.supercomputers.ru) под номерами
1, 6, 8, 20, 22, 32, 34
установки семейства «СКИФ» занимают 14% мест в списке
их суммарная пиковая производительность составляет 25% от суммы пиковых производительностей всех систем из Top50
их суммарная Linpack-производительность составляет 33% от суммы Linpack-производительностей всех систем из Top50
Слайд 15Спецвычислители
(ускорители)
в установках семейства «СКИФ»
Слайд 16Образец гибридной
установки «СКИФ» (осень 2004)
Слайд 17«ТКС», НИЦЭВТ (ЕС1710.03)
модульно-наращиваемая многопроцессорная система (МНМС)
Слайд 18Программное обеспечение для семейства «СКИФ»
Слайд 19Комплект ПО КУ, литера «О1»
ядро ОС Linux-SKIF
PVFS-SKIF — параллельная файловая
система
OpenPBS-SKIF — система очередей
FLAME-SKIF — система мониторинга и управления (reset, power on/off) установками семейства «СКИФ»
Слайд 20Комплект ПО КУ, литера «О1»
OpenTS — Т-система с открытой архитектурой
компилятор
TG++ для языка T++
транслятор TF2TC
(T-Fortran ? T++)
TDB — распределенный интерактивный отладчик MPI-программ, с поддержкой отладки Т-программ (замена TotalView)
Слайд 21Комплект ПО КУ, литера «О1»
6 прикладных программных систем в среде
OpenTS
12 адаптированных свободных пакетов, библиотек и приложений
14 приложений собственной разработки (из них 3 в области ИИ)
Совместимость платформы с коммерческими инженерными пакетами (более 6 отраслей реальных применений)
Слайд 23MultiGen @OpenTS (ЧелГУ и Ко)
учет конформационного многообразия
Мультиконформационная модель агониста 5-HT1A рецептора
(противовоспалительные средства)
pIC50 = - 3.24 p = 0.482
pIC50 = 8.00 p = 0.482
Примеры наиболее и наименее активных конформеров одной молекулы
Качество прогноза биологической активности с рассмотрением всех возможных конформеров существенно превосходит результаты существующих работ, например
(Guccione S. et al//J.Comput-Aided Mol. Design.-2000.-14.-p.647-657.
Слайд 24НИИ мех. МГУ, @OpenTS:
аэромеханика плохообтекаемых тел
Слайд 25НИИ мех. МГУ, @OpenTS:
аэромеханика плохообтекаемых тел
Слайд 261. Формирование фокусированных РЛ-изображений из голограмм РЛС космического базирования «Алмаз»
Слайд 272. Моделирование широкополосных пространственно-временных радиолокационных сигналов
Возможность формирования в результате моделирования голограммы
и последующая ее обработка с целью получения радиолокационного изображения
Возможность сохранения синтезированной голограммы и синтезированного изображения
Отображение статистики в нижней части окна
Вывод оператору всевозможных сообщений об ошибках
Слайд 283. Обработка цветных и полутоновых видеоданных космических систем дистанционного зондирования
Основные виды
поточечной обработки изображений
Исходное полутоновое изображение
Расширение динамического диапазона
Псевдоцветовое кодирование
Исходное полутоновое изображение
Декорреляция спектральных каналов
Эквализация гистограмм
Слайд 30ИТМО им. А. В. Лыкова НАН Беларуси: динамика лазерного факела у
поверхности твердотельной мишени в воздухе
Слайд 31ИЦИИ ИПС РАН: прикладные системы ИИ
АКТИС: классификации текстов по заданным в
процессе обучения классам (глубокий анализ текста, высокая релевантность)
INEX: извлечение знаний из неструктурированных текстов на ЕЯ (заполнение заданной рел. БД)
MIRACLE, @OpenTS: инструментальная система для проектирования интеллектуальных систем
Слайд 32
БГУ, геомеханические задачи. Моделирование устойчивости подземных сооружений
Слайд 33ОИПИ НАН Беларуси и
НИП «Геоинформационные системы»: Прогноз ветрового переноса загрязнений при
лесном пожаре
Идентифи-кация тепловых аномалий на снимках ДЗЗ
Слайд 34ОИПИ НАН Беларуси: Система идентификации личности по голосу
АРМ обучения системы
Реализация предлагаемой
технологии
в МВД Беларуси
Слайд 35ВА Беларуси: Программа оптимизации назначения частот в группе РЭС
Время выполнения шага
генетического алгоритма
Слайд 36ИВВиИС: Система расчета химических реакторов
редактор химических формул
редактор геометрии реактора
редактор сеток
блок расчета
визуализация
X-Window
и Web-интерфейсы к системе
Слайд 37ИПС РАН, Росгидромет: Модель
проф. В.М. Лосева
Слайд 38Совместимость платформы «СКИФ» с коммерческими инженерными пакетами. Отрасли применений
Слайд 39Моделирование остовов перспективных универсальных тракторов “Беларусь”
Слайд 40Распределение эквивалентных напряжений (Von Mises Stress) конструкции рамы
Расчет несущих конструкций карьерных
самосвалов БелАЗ
и шахтных крепей
Слайд 42Моделирование столкновения 3 машин
Слайд 43Made at CeBIT 2004 Hannover Germany 24.03.04
Слайд 44Широкий доступ к суперкомпьютерам «СКИФ»
Создан Республиканский суперкомпьютерный центр коллективного пользования (ОИПИ
НАН Беларуси, СКИФ К-500, СКИФ К-1000)
Установки СКИФ широко используются в научных и инженерных расчетах в интересах учреждений и организаций России и Беларуси
Участие RDMS CMS — GRID-проект для проведения вычислений в физике высоких энергий
Слайд 45Республиканский суперкомпьютерный центр коллективного пользования
Слайд 46Использование в реальной экономике (выборка)
расчет турбокомпрессоров для наддува дизельных двигателей (Борисовский
завод агрегатов Минпром РБ)
расчет и моделирование остовов перспективных универсальных тракторов «Беларусь»
разработка сквозной технологии автоматизированного проектирования, динамического анализа и оптимизации конструкций карданных валов АО «Белкард»
расчет несущих конструкций карьерных самосвалов БелАЗ и шахтных крепей
Слайд 47Использование в реальной экономике (выборка)
моделирование столкновений транспортных средств с неподвижными препятствиями
(автомобильная и тракторостроительная промышленность)
моделирование процессов лазерного спекания порошковых материалов (для медицинских изделий)
отработка технологий решения задач перебора большой размерности (КГБ Республики Беларусь)
проведена клиническая апробация аппаратно-программного кардиологического комплекса (ОИПИ НАН Беларуси, РНПЦ «Кардиология», УП «НИИЭВМ»)
модели регионального прогноза погоды на 48 часов (Гидромет Беларуси)
Слайд 48Перспективы развития направления работ программы «СКИФ»
Слайд 49Перспективы развития
линии «СКИФ»
Внедрение изделий семейства «СКИФ»
Развитие изделий семейства «СКИФ»
Системообразующее научное направление
«СКИФ» — использование результатов и взаимодополнение в других Союзных программах
«Космос-БР» (2004–2007)
«Триада» (2005–2008)
«СКИФ-ГРИД» (2005–2008)
Слайд 51Союзная программа «ТРИАДА»
Научно-техническая программа Союзного государства «Развитие и внедрение в государствах-участниках
Союзного государства наукоёмких компьютерных технологий на базе мультипроцессорных вычислительных систем»
Шифр «ТРИАДА»
Слайд 52Союзная программа «ТРИАДА»
Государственный заказчик-координатор программы: Министерство образования и науки Российской Федерации.
Государственный
заказчик программы от Российской Федерации: Федеральное агентство по науке и инновациям.
Головной исполнитель программы от Российской Федерации: ОАО «Научно-исследовательский центр электронно-вычислительной техники» (НИЦЭВТ).
Государственный заказчик программы от Республики Беларусь: Национальная академия наук Беларуси.
Головной исполнитель программы от Республики Беларусь: Объединенный институт проблем информатики Национальной академии наук Беларуси (ОИПИ НАН Беларуси).
Сроки реализации: 4 кв. 2005 г. – 4 кв. 2008 г.
Слайд 53Союзная программа «ТРИАДА»
Основные цели: Развитие и внедрение наукоемких компьютерных технологий на
базе мультипроцессорных вычислительных систем в основных отраслях промышленности и социально-экономической сфере, а также развитие мультипроцессорных вычислительных систем.
Слайд 54«ТРИАДА». Основные направления
ПА: Исследование и адаптация передовых наукоемких компьютерных технологий в
интересах ускоренной интеграции государств-участников в мировой процесс инновационного развития высокотехнологичной информационной индустрии
ПР: Разработки новых наукоемких компьютерных технологий на базе производимых в государствах-участниках высокопроизводительных мультипроцессорных вычислительных систем с целью их широкого внедрения в промышленности и социально-экономической сфере
СА: Развитие системного программного обеспечения и аппаратных средств в соответствии с требованиями, предъявляемыми наукоемкими компьютерными технологиями
Слайд 55Структура Программы «ТРИАДА»
Направления «ТРИАДА»
ПА: адаптация зарубежных технологий на ВМВС
Проекты (ПА1—ПА3) ?
задания ...
ПР: разработка новых технологий на ВМВС
Проекты (ПР1—ПР6) ? задания ...
СА: развитие системных и аппаратных средств
Проекты (СА1—СА5) ? задания ...
2005—20006: начато выполнение 26 заданий —НИОКР по развитию и внедрению наукоемких компьютерных технологий на базе ВМВС для применения в различных отраслях промышленности, социально-экономической сфере, в военной области
Слайд 56Избранные примеры заданий
Инженерный анализ несущих конструкций, рабочих органов, узлов и агрегатов
сельскохозяйственных и дорожных машин, многоосных большегрузных автомобилей, конструкций аудио и видеотехники. Потребители: ГСКБ по зерно- и кормоуборочной технике, Амкодор, МЗКТ, Горизонт
Моделирование процессов литья, пластического формообразования, фотолитографии, взаимодействия градиентных лазерных полей с микрообъектами, а также геомеханических, геодинамических и гидромеханических процессов, обусловленных воздействием крупномасштабных подземных техногенных нагрузок. Потребители: Беларуськалий, КБТЭМ-ОМО, МЗОО, БелМАПО
Поддержка принятия решений при проектировании технологических процессов и специального металлорежущего оборудования для поточного производства; обеспечения живучести арсеналов, баз и складов при хранении опасных грузов; проектировании объектов микроэлектроники. Потребители: МЗАЛ, БЗАЛ, НИИ ВС РБ, Белмикросистемы
Слайд 57Избранные примеры заданий
Автоматизация управления городским дорожным движением в реальном масштабе времени;
слежение в реальном масштабе времени за движущимися объектами с высокой динамикой изменений. Потребители: ГАИ УВД Могилевского Облисполкома, ГКПВ РБ
Построения специализированных информационно-аналитических медицинских систем и распределенных телемедицинских систем; систем централизованного хранения и высокопроизводительной обработки больших объемов данных и баз знаний. Потребители: Комитет по здравоохранению Мингорисполкома, Фонд социальной защиты населения
Разработка семейства типовых высокопроизводительных аппаратно-программных вычислительных комплексов с параллельной архитектурой (персональных кластеров); построение компилятора с динамическим и статическим распараллеливанием программ для многопроцессорных вычислительных кластеров. Потребители: НИИЭВМ, ОИПИ НАН Беларуси
Слайд 58Основные требования к персональным кластерам
Потребительские характеристики персональных кластеров подобны характеристикам СВТ
массового пользования (ПЭВМ):
доступность по цене
дружественный интерфейс, операционная среда ОС Microsoft Windows, развитое программное обеспечение (системное и прикладное)
небольшие габариты, возможность расположения непосредственно в рабочей зоне, небольшая потребляемая мощность, включение в «обычную розетку»
допустимый для офисных помещений уровень шума
круглосуточный режим работы без внешних устройств охлаждения
Слайд 59Основные технические характеристики персональных кластеров
параллельная (кластерная) архитектура
реализация вычислительных узлов кластера на
64-разрядных платформах
использование перспективных внутренних шин (PCI-Express, HT)
программная совместимость с кластерами семейства «СКИФ»
работа с OC Linux и OC Microsoft Windows CCS 2003
Слайд 60Основные технические характеристики персональных кластеров
использование современных сетевых интерфейсов: GbEthernet, Infiniband, Myrinet
и др.
использование энергосберегающих технологий, повышения в 1,5 – 2,0 раза(*) плотности вычислительной мощности и уровня энергопотребления на единицу объема
уменьшение в 2,0 – 2,5 раза(*) количества внешних связей между вычислительными узлами и сетевыми коммутаторами
расширенные сервисные функции (мониторинг внутренней температуры, контроль работы системы вентиляции и др.)
повышенная отказоустойчивость
использование перспективных конструктивно-технологических решений для снижения уровня шума, охлаждения и размещения оборудования
(*) по сравнения с БКВМ кластерных систем семейства «СКИФ» 2000—2004
Основные технические характеристики персональных кластеров
Слайд 61Суперкомпьютерная программа Союзного государства «СКИФ-ГРИД»
(2007—2010)
Слайд 62Суперкомпьютерная программа «СКИФ-ГРИД»
Разработка и использование программно-аппаратных средств ГРИД-технологий
и перспективных высокопроизводительных (суперкомпьютерных)
вычислительных систем семейства «СКИФ»
Та же структура управления (НАН Беларуси, Роснаука, ОИПИ НАН Беларуси, ИПС РАН, соисполнители)
Соисполнители набираются по конкурсу
33% — собственные средства
Слайд 63Поядок формирования
Стадия № 1 «А не написать ли нам Программу «СКИФ-ГРИД»?»
Согласование
с 6 министерствами; письма одобрения от 5 министерств...
Три постановления Правительств (трех Советов Министров): Написать Программу «СКИФ-ГРИД»!
Стадия № 2 «Программа написана. А не утвердить ли нам ее?»
Согласование с 8 министерствами (сейчас 5 из 8)
Три постановления Правительств (трех Советов Министров): Утвердить Программу «СКИФ-ГРИД»!
Слайд 64Коллективный разум
Более сотни предложений предприятий и организаций России и Беларуси
Цель программы:
развитие и поддержка оригинальных отечественных технологий высокопроизводительных вычислений
Оригинальные средства для создания сервис- ориентированных ГРИД-систем
SKIF@Home
Суперкомпьютеры семейства «СКИФ» и их ПО (ряд 3 и ряд 4)
Экспериментальная ГРИД-платформа
Пилотные проекты
Слайд 65Основные направления «СКИФ-ГРИД»
GRID: развитие, исследование и внедрение средств высокопроизводительных вычислений на
основе GRID-технологий
поддержка гетерогенных, территориально-распределённых вычислительных комплексов
СКИФ Ряд 3 и 4: создание суперкомпьютеров «СКИФ» нового поколения
вычислительные узлы и их соединение, управление системой, спецвычислители и гибридные узлы, программное обеспечение
Создание средств защиты информации в создаваемых вычислительных комплексах
аппаратные и программные средства
Пилотные системы: НИР по перспективным областям применения создаваемых вычислительных установок
пилотные прикладные системы, решение актуальных задач на суперкомпьютерах, усилия по подготовке и переподготовке кадров в области суперкомпьютерных и GRID-технологий
Слайд 66ГРИД-технологии: SO GRIDs
Цель: предоставление доступа к суперкомпьютерным ресурсам посредством грид-интерфейсов, создание
сервис- ориентированной среды для научных вычислений
Суперкомпьютеры «СКИФ» как базовая платформа
Сервис–ориентированная ГРИД-среда на основе отраслевых стандартов (WS-I, WSRF), а также стандартов для обмена данными, интеграции разнородных источников данных.
Слайд 67ГРИД-технологии: SO GRIDs
Простые, дружественные пользователю, средства программирования приложений, средства создания сервисов,
средства оркестрации сервисов, средства (возможно, декларативные) добычи данных
Использование виртуальных машин для упрощения конфигурирования, настроек и изоляции приложений друг от друга; динамическое выделение ресурсов, поддержка грид-вычислений
Слайд 68ГРИД-технологии: SKIF@Home
Цель — разгрузить суперкомпьютерные установки от задач, которые могут быть
решены при помощи систем типа SETI@Home
Создание сети SKIF@Home — проведение высокопроизводительных расчётов с использованием компьютеров добровольцев (организаций и частных лиц)
Обмен процессорного времени персональных компьютеров на процессорное время на суперкомпьютере
Дружественные пользователю средства поддержки высокопроизводительных вычислений в распределённой вычислительной среде
Слайд 69Суперкомпьютеры «СКИФ»: HW
2007—2008: акцент на кластерные вычисления
Цель: обеспечение платформы для прикладных
систем и грид-инфраструктуры
Огромный кластер на многоядерных процессорах
Накопление отечественных технологий для кластеров (inteconnect, конструктивы и т.п.)
2009—2010: Создание платформы на низкопотребляющих процессорах и/или SoC
Цель: обеспечение технологической независимости, задела для дальнейшего развития
Накопление технологий, масштабируемых до петафлопного уровня производительности.
Слайд 70Суперкомпьютеры «СКИФ»: ПО
Цель: упрощение создания прикладного ПО, в том числе для
нестандартных аппаратных решений
Набор базового программного обеспечения (ОС, управление, мониторинг, средства виртуализации)
Технологии распараллеливания вычислений — языки, библиотеки
Средства повышения масштабируемости прикладных программ
Слайд 71Суперкомпьютеры «СКИФ»: «СКИФ-Полигон»
Разработка, создание, сопровождение полигона для суперкомпьютерных и ГРИД-приложений на
базе решений семейства «СКИФ»
Цель: создать платформу для пилотных проектов
Слайд 72Средства защиты информации
Обеспечение безопасности установок и «СКИФ-полигона» (РФ)
Аппаратные и программные средства
защиты информации разных уровней (РБ)
Слайд 73Пилотные проекты
Цель: Проверить и продемонстрировать эффективность средств, создаваемых по другим трем
направлениям. Обеспечить для них «обратную связь, замечания от практиков»
Высокопроизводительные вычисления в научных приложениях
Новые материалы, биоинформатика, геоинформатика
Проектирование новых инженерных систем с использованием ГРИД-технологий
Пример — моделирование канала «Спутник-станция управления»
Моделирование и прогнозирование свойств окружающей среды
Пример: выявление новых закономерностей на основе накопленных данных и моделей, без дополнительных измерений (в т.ч. прогнозирование последствий ЧС)
Список проектов будет меняться по ходу программы
Слайд 74Благодарю за внимание!
Готов
ответить
на ваши
вопросы...
?????