Вычисления высокого полета8

• Алексей Хазбиев

Ведущий отечественный разработчик газотурбинных двигателей НПО «Сатурн» на прошлой неделе официально объявил о завершении проекта по созданию нового вычислительного центра. На своей производственной площадке в Рыбинске компания вывела в эксплуатацию самый высокопроизводительный суперкомпьютер в промышленности России и СНГ. Его пиковая мощность 14,3 TFlops (триллионов операций в секунду с плавающей точкой). «Это в чистом виде инновационная экономика, на которую сделало ставку руководство страны, мы реализуем ее на практике», — заявил на церемонии запуска суперкомпьютера гендиректор «Сатурна» Юрий Ласточкин.

В мировой практике системам такого уровня, как правило, присваивают собственные имена. Суперкомпьютер решили назвать АЛ-100 в честь прославленного конструктора авиадвигателей, основателя компании Архипа Люльки. Новая машина вместе с инфраструктурой обошлась почти в 100 млн рублей. Ее создание стало результатом годовой совместной работы команды инженеров и программистов из самого «Сатурна», компаний КРОК, IBM, Intel и APC by Schneider Electric.

В списке топ-500 самых мощных суперкомпьютеров планеты АЛ-100 занял 320-ю строчку, а в аналогичном рейтинге стран СНГ обосновался на пятом месте (см. таблицу).

Триллионы операций в секунду

Впервые суперкомпьютер появился в Рыбинске в 2004 году. Производительность этого вычислительного кластера, созданного на базе серверов IBM xSeries, составляла порядка 1 TFlops. В то время «Сатурн» вместе с французской корпорацией Snecma как раз приступил к созданию нового двигателя SaM-146 для российского регионального самолета Sukhoi Superjet 100. «Мы тогда сразу же увеличили наши вычислительные мощности почти в пятьдесят раз», — вспоминает замдиректора «Сатурна» по информационным технологиям Юрий Зеленков. Это позволило конструкторским подразделениям компании перейти на новый уровень аналитического проектирования, который основан на использовании численных методов на всех этапах разработки газотурбинных двигателей.

Впрочем, перед руководством «Сатурна» стояла и еще одна задача — снизить издержки. Для двигателестроителей сложные инженерные расчеты — ключевой элемент бизнеса. При проектировании новых двигателей основной способ снижения затрат — точный расчет параметров агрегата и моделирования конструкции. В свою очередь, программы для технических расчетов параметров двигателей максимально используют преимущества параллельных вычислений. Это позволяет не только снизить себестоимость работ, но и сократить срок создания новых агрегатов. Если в середине 80-х годов прошлого века весь процесс от разработки нового двигателя до начала его серийного производства занимал в среднем 12 лет, то сейчас — не более пяти.

Однако уже в 2006 году загрузка вычислительных мощностей «Сатурна» фактически приблизилась к ста процентам. И понятно почему: к этому времени к ресурсам суперкомпьютера подключились филиалы компании в Москве и Перми. По словам технического директора — генерального конструктора НПО «Сатурн» Михаила Кузменко, объем расчетных работ на предприятии вырос более чем в 160 раз: только за последний год конструкторами было сделано более семи тысяч различных расчетов. В результате в прошлом году руководство компании приняло решение о создании нового суперкомпьютера, превышающего по производительности существующий более чем в 20 раз.

В погоне за мощностью

Проект начался с формирования требований к новому суперкомпьютеру и выбора оптимального варианта решения путем тестирования, которое проводилось специалистами КРОК совместно с инженерами «Сатурна» в центре тестирования IBM во французском Монпелье. «Перед нами стояла достаточно сложная техническая задача, — говорит директор по информационным технологиям “Сатурна” Александр Пионтковский. — Необходимо было построить вычислительный кластер, максимально адаптированный для поддержки всего программного комплекса, который используется конструкторскими подразделениями компании при решении инженерных задач». И «Сатурну» это удалось.

В России ежегодно появляется всего 4–5 мощных суперкомпьютеров, но закупают их не промышленные предприятия, а ученые и финансисты

Новый суперкомпьютер АЛ-100 представляет собой высокопроизводительный кластер на основе разработки IBM Systems Cluster 1350. Основой для вычислительного поля стали блейд-серверы HS21 на базе четырехядерных процессоров Intel, объединенные высокоскоростной сетью DDR Infiniband. Расчетное поле кластера включает 1344 ядра Intel Xeon и 1344 GB оперативной пямяти. А управление кластером осуществляет программное обеспечение IBM Cluster Systems Management. По словам Александра Пионтковского, работоспособность нового суперкомпьютера обеспечивается комплексом инженерной инфраструктуры, включающей в себя системы бесперебойного электропитания, прецизионного кондиционирования и автоматического газового пожаротушения. При этом все они объединены системами централизованного мониторинга и автоматизации. «У АЛ-100 открытая, гибкая, интегрируемая архитектура, легко масштабируемая и наращиваемая вместе с ростом требований нашей компании», — заявил Юрий Зеленков. В том, что потребности «Сатурна» в наращивании вычислительных мощностей в ближайшее время будут увеличиваться, можно не сомневаться. Сейчас компания разрабатывает пять новых авиадвигателей, три из которых уже проходят летные испытания. Помимо SaM-146 это двигатель АЛ-55И, сделанный по заказу индийских ВВС и установленный для испытаний на учебно-боевой самолет МиГ-АТ, и так называемое изделие 117С, установленное на Су-35. Последний двигатель есть не что иное, как прототип новой силовой установки для тяжелых истребителей пятого поколения, над созданием которых сейчас трудится фирма Сухого. Именно для отработки параметров «изделия» «Сатурну», судя по всему, и потребовался новый суперкомпьютер.

Впрочем, в самом «Сатурне» утверждают, что фронт работ для АЛ-100 гораздо шире. «В современной авиационной индустрии ни одно предприятие не способно создать новую конкурентоспособную продукцию без применения передовых информационных технологий, — считает Михаил Кузменко. — Рынок требует от разработчика широкого спектра новых продуктов. При этом срок их создания необходимо постоянно сокращать, снижать себестоимость производства. Для выполнения этой задачи нужно провести колоссальное количество инженерных расчетов по газодинамике, прочности, акустике. А моделирование цифрового эксперимента на суперкомпьютере вообще трудно переоценить, так как это существенно сокращает количество дорогостоящих натуральных испытаний при конструировании не только авиационных силовых установок, но и наземных газотурбинных агрегатов». «Сатурн» каждый год разрабатывает две новые силовые установки. За последние десять лет рыбинская компания помимо авиадвигателей и двигателей для ВМФ создала целую линейку промышленных силовых установок мощностью от 2,5 до 110 МВт. При этом руководство не скрывает, что с введением АЛ-100 объединение уже в ближайшее время намерено побороться и за рынок энергетического оборудования большой мощности.

В роли догоняющих

Несмотря на очевидные преимущества суперкомпьютеров, в российской промышленности они по-прежнему большая редкость. В рейтинге самых высокопроизводительных машин СНГ, составленном специалистами РАН, помимо АЛ-100 нам удалось обнаружить лишь один суперкомпьютер, принадлежащий организации из аэрокосмической сферы — ЦНИИМАШу из подмосковного Королева. Но эта машина с пиковой мощностью 2,1 TFlops не попала даже в первую десятку. По оценкам экспертов КРОКа, емкость рынка высокопроизводительных компьютеров в России в денежном выражении не превышает 150 млн долларов в год. По словам замдиректора департамента вычислительных систем КРОКа Руслана Заединова, в стране ежегодно появляется всего четыре-пять мощных суперкомпьютеров кластерной архитектуры, причем закупают их в основном ученые и финансисты. Это в корне отличается от ситуации в мире, где самыми крупными пользователями таких агрегатов помимо физиков-ядерщиков выступают аэрокосмические и автомобильные корпорации.

• «Русгидро» более чем в пять раз увеличивает объем закупок электротехнической продукции в Чувашии
• «ЛУКойл» вкладывает более 100 млрд рублей в переработку попутного нефтяного газа на юге России
• Инвестиционная активность в России в сентябре превзошла самые оптимистичные ожидания. Двигателем инвестиций стало жилищное строительство, показывающее докризисную динамику роста