И море, и космос, и человеческое тело

Русский бизнес
Москва, 03.10.2011
«Эксперт Сибирь» №39 (304)
Томский госуниверситет модернизировал самый мощный компьютер за Уралом, который в том числе помогает отслеживать айсберги в северных морях

В 2006 году Томский государственный университет (ТГУ) в рамках нацпроекта «Образование» победил во всероссийском конкурсе инновационных образовательных программ и стал обладателем первой в СНГ высокопроизводительной системы, созданной на базе новых двухъядерных процессоров Intel Xeon.

Первоначально основу суперкомпьютерного комплекса «СКИФ Cyberia», который по условиям госконтракта смонтировала компания «Т-Платформы», составлял 283-узловой высокопроизводительный кластер на базе 566 двухъядерных процессоров Intel Xeon 5150 с поддержкой Intel 64 Technology. Благодаря использованию новейших процессоров, обеспечивающих рекордную концентрацию вычислительной мощности и оптимальное энергопотребление, пиковая производительность системы достигала 12 TFIops (триллионов операций в секунду). Такая скорость позволила системе ТГУ стать самым мощным суперкомпьютером на территории России, стран СНГ и Восточной Европы и занять место в первой сотне мирового суперкомпьютерного рейтинга ТOP-500, в котором присутствуют только восемь российских компьютеров. Вся система обошлась вузу в 1,9 млн долларов.

Текущая модернизация позволила увеличить число высокопроизводительных процессоров до 1 280 и довести суммарное количество вычислительных ядер до 5 424. Пиковая производительность СКИФа теперь составляет 62 трлн операций в секунду, а объем системы хранения данных — 100 трлн байт. Суперкомпьютер оснащен уникальными для России инфраструктурными решениями, включающими комплексную систему бесперебойного питания мощностью 300 кВт и климатическую систему с применением наиболее современных технологий водяного охлаждения. «В течение года была проделана колоссальная работа, — рассказывает директор межрегионального суперкомпьютерного центра ТГУ Валерий Фарапонов. — В частности, необходимо было решить главную задачу — получить дополнительно электроэнергии мощностью 300 кВт, ранее до модернизации кластер потреблял 120 кВт. Кроме того, прежде комплекс «СКИФ Cyberia» занимал сравнительно небольшую площадь, теперь дополнительное вычислительное оборудование, новые охладительные системы и бесперебойные источники питания потребовали специализированных решений по их размещению». Три чиллера — холодильные машины довольно внушительных размеров разместились на площадке вблизи здания НИИ прикладной математики и механики. Аналогичные задействованы в работе суперкомпьютера «Ломоносов» МГУ, их наружное применение доказало свою высокую эффективность. Еще одна особенность — то, что для теплообмена используется этиленгликоль.

По плечу любая задача

«Годовая загрузка компьютера в 2010 году составила около 70 процентов, — говорит проректор ТГУ по информатизации Владимир Демкин. — В этом году использование мощностей СКИФа достигает 100 процентов, и очередь из желающих поработать с комплексом расписана до Нового года. Среди наших пользователей много различных организаций и вузов». По сути, суперкомпьютер — это один из элементов вычислительного комплекса, в который также входят телепорт ТГУ, запущенный в эксплуатацию в 2004 году при содействии ОАО «Газпром космические системы», а также центр обработки данных (ЦОД).

Телепорт обеспечивает доставку данных из любой точки земного шара через группировку спутников «Ямал». Суперкомпьютер производит высокоскоростную обработку данных и их визуализацию. «Этот комплекс позволяет решать любую задачу, — говорит Владимир Демкин. — И в таком исполнении аналогов у него нет нигде. Или существует отдельно суперкомпьютер или отдельно дата-центр с набором серверов. Сегодня мы расширили систему резервного копирования, так что даже если какая-то площадка выходит из строя, ЦОД продолжает работать. Такое решение позволило нам получить второй класс устойчивости по четырехклассовой системе. Кроме этого, у нас происходит значительная экономия энергоресурсов за счет того, что все данные обрабатываются и хранятся в одном месте. Обычный же компьютер, как правило, имеет КПД около 10 процентов и просто перегоняет электрическую энергию в тепловую».

СКИФ решает задачи самого широкого профиля. С помощью комплекса проводится моделирование динамики деформационных процессов земной коры и определение тектонически активных зон на Алтае и в Забайкалье. На суперкомпьютере просчитывалась аэродинамическая модель московского метрополитена. Отдельное направление, которое реализуется совместно с учеными Сибирского государственного медицинского университета (СибГМУ) — визуализация биологических процессов. «В мировой практике медицинская визуализация практически не встречается, — отмечает Владимир Демкин. — Обрабатывается очень большой объем данных и создается трехмерная модель из 2,5 миллиона точек, которая может помочь хирургу решить диагностические задачи и избежать проблем, например, при удалении опухоли. На персональном компьютере создать такую модель просто невозможно».

«СКИФ Cyberia» используется также при разработке новых методов проектирования лекарств, в частности, с помощью программного комплекса PC GAMESS (Firefly), который позволяет достичь точности расчетов, требуемой для адекватного описания термодинамических процессов. Суперкомпьютер позволяет проводить комплексный мониторинг атмосферы и гидросферы, реализовать новые конкурентоспособные методы разведки нефтегазовых месторождений, вести контроль за разливом рек, распространением пожаров и эпидемий. В рамках проекта национального исследовательского университета ТГУ закупил для суперкомпьютера программное обеспечение на 70 млн рублей, которое позволит постоянно расширять спектр решаемых СКИФом задач.

Дела космические

Одна из них — прогнозирование астероидно-кометной опасности. В настоящее время изучается траектория потенциально опасного астероида Апофис, который в 2029 году подойдет к Земле на расстояние 38 тыс. км. В результате сближения орбита астероида претерпит значительные изменения, из-за чего может возникнуть вероятность столкновения с Землей уже в 2036 году. Оценка такой вероятности и является работой СКИФа. Используя одновременно 100 процессоров, компьютер выдает прогноз за полчаса, в то время как аналогичные исследования на персональном компьютере занимают около 60 суток.

СКИФ Cyberia активно используется ОАО «Газпром космические системы» для мониторинга территории Арктики. Это позволяет компании оперативно оценивать ледовую обстановку Северного морского пути: в последние годы в северных морях стали появляться айсберги, маршрут которых надо прогнозировать. «Мы сегодня эксплуатируем орбитальную группировку спутников «Ямал» и начали разработку новой системы СМОТР, — сообщил генеральный конструктор ОАО «Газпром космические системы» Николай Севостьянов. — Этому комплексу необходимы не только спутники, но и большая наземная инфраструктура для обработки информации. С помощью суперкомпьютера два раза в сутки можно проводить мониторинг территории Арктики и всей России. Одна из задач, которую мы решаем совместно с ТГУ — именно навигационный мониторинг, моделирование прогноза погоды и изменения климата. Для обработки космических данных нужны большие вычислительные мощности. Если использовать традиционные средства, то время обработки одного спутникового снимка достигает четырех часов, что делает оперативный мониторинг невозможным, поскольку для построения ледовых карт нужно получать информацию в течение 10–20 минут после съемки. Суперкомпьютер справляется с этой работой. Спутник передает информацию в Томск на СКИФ, а она возвращаться капитанам судов в виде обработанных снимков».

С 2015 года, когда будет реализован проект по созданию космической системы радиолокационного мониторинга «Арктика-Р», «космическая» составляющая работы суперкомпьютера существенно расширится. Он будет обрабатывать данные радиолокационного мониторинга в целях разведки и доразведки полезных ископаемых, информацию для обновления и создания топографических карт. В целом проект «Арктика-Р» позволит СКИФу стать важнейшим элементом инновационного кластера, использующего радиолокационные данные дистанционного зондирования Земли.

Новости партнеров

    Реклама