Версия для печати
Вернуться к списку

СУПЕРКОМПЬЮТЕРНЫЙ СЕНТЯБРЬ: ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ СОВРЕМЕННЫХ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ – ТЕХНОЛОГИИ, ИНВЕСТИРОВАНИЕ, ИНЖИНИРИНГ

Суперкомпьютерный сентябрь открылся конференцией «Supercomputer Simulations in Science and Engineering» в Московском институте электроники и математики Национального исследовательского университета (НИУ) «Высшая школа экономики». В середине месяца Intel провел в Москве ежегодную конференцию «Intel Software Conference», на которой были представлены новые разработки средств и систем вычислительной техники для суперкомпьютерных вычислений. Во второй половине сентября в санатории «Голубая даль» (с. Дивноморское) состоялась Четвертая Всероссийская научно-техническая конференция «Суперкомпьютерные технологии» (СКТ-2016). В конце первого осеннего месяца под патронажем РАН и МГУ им. М.В.Ломоносова в Москве была проведена Международная конференция «Суперкомпьютерные дни в России».

Четыре суперкомпьютерных форума в один месяц – это рекорд не только для России, но и для любой финансово и промышленно развитой экономики мира, свидетельствующий об ожидаемом росте научной и деловой активности в сфере вычислительных технологий и их индустриальных и экономических приложений!! Например, среди зарубежных докладчиков форума «Russian Supercomputing Days» - директор Немецкого Климатического Компьютерного Центра и профессор Гамбургского Университета Томас Людвиг (ФРГ), профессор Джесус Карретеро (Департамент Компьютерных наук и Инжиниринга, Университет Карла Третьего, Мадрид, Испания), профессор Высшей Школы Информационных Наук Университета Тохоку (Япония) Хироаки Кобаяши. Несмотря на санкции в сфере высоких технологий, представители ведущих суперкомпьютерных университетов ФРГ, Испании и Японии и компаний Dell, Hewlett-Packard Enterprise, IBM, Intel, Mellanox, NVIDIA, Samsung приехали в РФ обсудить с российскими коллегами перспективы отраслевого развития и взаимодействия в рамках совместной реализации международных инвестиционных проектов в сфере ИТ-индустрии. Среди российских участников форума – представители институтов РАН, в частности, Института прикладной математики им. М.В.Келдыша РАН, Института вычислительной математики (ИВМ) РАН, Института вычислительной математики и математической геофизики Сибирского Отделения (СО) РАН, Института радиотехники и электроники им. В.А.Котельникова РАН, НИИСИ РАН и Физико-технологического института РАН. Неоценимый вклад в организацию и работу форума «Суперкомпьютерные дни в России» внесли ведущие российские вузы: МГУ им. М.В.Ломоносова, Санкт-Петербургский Политехнический Университет, СколТех, НИУ «МИЭТ», Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ», МФТИ, МПГУ, Нижегородский государственный университет, Казанский федеральный университет, Юго-Западный государственный университет, НИИ МВС Южного федерального университета. Также следует отметить студию CGF, Roxar, Yandex Technology GmbH, ОАО «Авиадвигатель», ООО «ВИ Групп», ОКБ «Гидропресс», КТЦ «Инлайн групп», ОАО «Климов», Крыловский государственный научный центр, НИЦ «Курчатовский институт», АО «МЦСТ», ФГУП «НИИ «Квант»», НИИ суперЭВМ и нейрокомпьютеров, АО «НИЦЭВТ», ПАО «РКК «Энергия» им. С.П.Королева», «РСК Технологии», ФГУП «РФЯЦ-ВНИИЭФ», НПО «Сатурн», ЗАО «Т-Сервисы», ООО «ТЕСИС», ЦАГИ и ГНЦ ФГУП «Центральный институт авиационного приборостроения им. П.И.Баранова».

В приветствии к гостям и участникам форума профессор Департамента Электротехники и Компьютерных Наук Университета Теннеси Оукриджской Национальной лаборатории Джек Донгарра отметил высокий уровень организации форума «Russian Supercomputing Days». Директор Суперкомпьютерного Центра в Барселоне (Испания) профессор Матео Валеро Кортес подчеркнул важность проведения международного суперкомпьютерного симпозиума в Москве для расширения научно-технического сотрудничества стран ЕС и России. Профессор Информатики и Компьютерных Наук Университета Индиана, главный научный сотрудник Центра Изучения Технологий (США) Томас Стерлинг выразил уверенность в налаживании финансово-промышленной кооперации на поля саммита российских и зарубежных разработчиков и производителей суперкомпьютерных систем.

Программа Международной конференции «Суперкомпьютерные дни в России», помимо пленарного заседания, включала научные секции «Опыт решения прикладных задач», «Перспективные суперкомпьютерные технологии», «Параллельные алгоритмы», «Опыт использования гибридных вычислителей», «Распределенные и облачные вычисления», «Методы повышения эффективности приложений», «Вычислительные технологии и моделирование в ИВМ РАН» и семинары «Параллельная обработка больших графов», «Суперкомпьютерное образование: проблемы и перспективы», «Реконфигурируемые вычислительные системы: практика создания, программирования и использования», «Суперкомпьютерные технологии в гуманитарных исследованиях», «Элементы суперкомпьютерного образования для школьников», «Квантовые вычисления» и «Суперкомпьютерное моделирование климатической системы». Ряд семинаров провели российские и зарубежные компании: Intel «Новейшие программные инструменты для разработчиков для решения исследовательских и прикладных задач в области высокопроизводительных вычислений», Mellanox «Обзор подхода Co-Design к построению современных суперкомпьютеров, или почему архитектура разгрузки центрального процессора (Offload) лучше, чем альтернатива», NVIDIA «Глубокое обучение – настоящее и будущее искусственного интеллекта» и РСК «Работа реальных приложений на процессоре Intel® Xeon PhiTM 7200: подход, опыт и результаты». Также в рамках форума «Russian Supercomputing Days» состоялись мастер-класс «Суперкомпьютерные вычисления на архитектуре Эльбрус» и совещание Суперкомпьютерного консорциума университетов России совместно с представителями университетов Индии.

Наибольший интерес вызвали доклады по системным исследованиям в сфере суперкомпьютерного инжиниринга и применению суперкомпьютеров для геофизического моделирования, обзору возможностей векторного суперкомпьютера SX-ACE, особенностям архитектуры российских микропроцессоров и аппаратно-программным суперкомпьютерным решениям платформы «Эльбрус». В частности, рассматривались средства поддержки многоядерного и многопоточного параллелизма, опирающиеся на аппаратную поддержку методы статической и динамической оптимизации программ в компиляторе, обеспечивающие оптимальную логическую скорость процессорного ядра высокий параллелизм и аппаратно-программные методы управления им, использующие мощь процессорного ядра высокопроизводительные математические и мультимедийные библиотеки и аппаратно-программные механизмы сбалансированного взаимодействия с иерархией памяти.

Тематика симпозиума отражала основные ключевые тенденции развития суперкомпьютерных систем: от многофункционального программного пакета ЛОГОС для расчета задач аэрогидродинамики и тепломассопереноса на супер–ЭВМ до технологий обработки больших данных и систем машинного обучения, от актуальных тенденций и глобальных проблем развития суперкомпьютерных технологий до глубокой детализации на примерах суперкомпьютерного квантово-химического квази-докинга, численного моделирования вибрационных процессов в крупногабаритных объектах, суперкомпьютерного моделирования эпизодической аккреции SPH-методом, обработки больших массивов растровых данных специальными программными средствами, анализа бизнес-кейсов применения и инвестиционной активности в различных сегментах, современных трендов и прогнозов развития технологий Deep Leaning.

Один из докладов по «парижскому соглашению» и глобальной модели радиационного форсинга на климат в масштабах планеты, посвященный памяти Главного Теоретика Космонавтики Президента АН СССР М.В.Келдыша в год его 105-летия, придал мощный импульс обсуждениям перспектив развития технологий суперкомпьютерного инжиниринга. Рассматривались результаты оценочного тестирования отечественной высокоскоростной коммуникационной сети «Ангара», использования контейнерной виртуализации Docker для запуска задач на суперкомпьютере, разработки малогабаритного офисного кластера семейства «СКИФ-ГЕО», этапы реализации многоочередного реконфигурируемого инжекционного конвейера в адаптере высокоскоростной коммуникационной сети для решения проблемы организации эффективного взаимодействия адаптера с множеством процессов, анализа потенциала применения платформы Эльбрус для высокоскоростных вычислений. Были представлены элементы концепции и методологии интегрированного программного окружения экстремального математического моделирования, методы создания переносимых программ математического моделирования для различных видов гибридных супер-ЭВМ, перспективные технологии высокопроизводительных вычислений для энергетического сектора, расширяемые функциональные возможности суперкомпьютеров и стратегия и перспективы развития региональных и отраслевых суперкомпьютерных центров.

«Суперкомпьютерный параллелизм» был темой отдельной дискуссии, на которой с докладами выступили представители российских научных школ по масштабируемым алгоритмам обеспечения отказоустойчивого счета гибких задач на неструктурированных сетках в крупномасштабных вычислительных системах, параллельным алгоритмам для 3D фотохимической модели переноса примеси в атмосфере, алгоритмам моделирования фрагментации и образования филаментных структур в молекулярных облаках, алгоритмизации 3D моделирования монохроматического акустического поля методом интегральных уравнений и модифицированным следящим алгоритмам для решения нестационарных задач линейного программирования на кластерных вычислительных системах с многоядерными ускорителями. Также рассматривалось создание суперкомпьютеров, нацеленных на следующую ступень производительности и сокращение времени выполнения задач, преодоление барьера масштабирования суперкомпьютерных сетей в 40 тысяч узлов и их неограниченного расширения.

На суперкомпьютерном симпозиуме затрагивалась проблематика современных коммуникационных сетей и технологий обработки больших объемов данных, применения асинхронных программных моделей на базе активных сообщений для решения графовых задач, параллельного разбиения распределенного графа, оптимизации программного кода для нового поколения процессоров с технологией векторизации Intel Advisor, изучения и моделирования параллельных методов счета характеристик связности случайных графов, технологии решения больших графовых задач на неоднородных вычислительных платформах, применения технологий Intel Cluster Tools для повышения производительности на Intel Xeon Phi и Intel OmniPath Architecture. Часть вопросов на форуме касалась вариационного дропаута в нейронных сетях и линейных моделях, стилизации и генерации текстур с помощью нейронных сетей, параллельного программирования для моделирования нелинейных процессов в микро- и наносистемах, послойного разделения конечно-элементных сеток для мультиядерных архитектур, опыта прямого численного моделирования турбулентности на суперкомпьютерах, нейросетевых методов в задачах обучения с подкреплением, параллельных вычислений при поиске эффективных вариантов в задачах многокритериальной оптимизации, оценки ускорения параллельных поэлементных схем на многоядерных архитектурах и особенности применения различных наборов векторных конструкций для оптимизации кода расчета динамики систем тел.

Не менее интересным было обсуждение технологий облачного сервиса по обработке потоков экспериментальных данных на суперкомпьютере, имплементации и сравнительного тестирования алгоритма проблемно-ориентированного планирования потоковых приложений в облачных средах, специализированного решателя разреженных систем линейных алгебраических уравнений на оснащенных графическими процессорами вычислительных кластерах, применения графических процессоров для поиска пар ортогональных диагональных латинских квадратов «порядка 10», адаптации облачного сервиса для HDR-обработки фотографий под GPU с архитектурой NVIDIA Kepler, изучения и анализа производительности распределенного интерконнекта вычислительной среды в УрО РАН, применения графических процессоров NVIDIA CUDA для численного моделирования мелкой воды (например, для анимационных приложений), параллельного вычисления нормированных полиномов Лежандра с использованием графических ускорителей и алгоритма DiamondTorre с высокопроизводительной реализацией FDTD метода для суперкомпьютеров с графическими ускорителями. Дискуссия дополнялась докладами по технологии моделирования распространения упругих волн в средах со сложной 3D геометрией поверхности на высокопроизводительных кластерах, параллельным алгоритмам поиска минимального остовного дерева в графе на суперкомпьютере с сетью «Ангара», методам описания высокопроизводительных вычислительных систем и формирования суперкомпьютерных рейтингов, применения параллельной системы глобальной оптимизации Globalizer для решения задач конкурса GenOpt, экспериментального сравнения производительности и отказоустойчивости современных программно-вычислительных комплексов, планированию вычислений и разделения ресурсов на основе предпочтений участников виртуальных организаций Grid, параллельных алгоритмов численного решения двухслойной модели мелкой воды в 2D случае, параллельной алгоритмизации решения плохо обусловленных систем линейных алгебраических уравнений больших размерностей, масштабируемого метода организации параллельной обработки данных на гетерогенных вычислительных кластерах для задач сейсморазведки, алгоритмам распределения трафика в сети с топологией «многомерный тор» с отказами и принципам реализации вычислительных web-сервисов для работы с большими данными.

Выступления представителей российских академических научных школ чередовались с презентациями представителей иностранных ИТ–компаний, предоставляя возможность слушателям ознакомиться с результатами фундаментальных и прикладных научных исследований и разработок, например таких, как суперкомпьютерное моделирование нанокомпозитных материалов, технологии распараллеливания вычислений, изучения глобальной полулагранжевой модели средне- и краткосрочного прогноза погоды на перспективных кластерных системах, моделирование архитектуры суперкомпьютерных процессоров, программный комплекс для моделирования динамики астрофизических объектов на гибридных супер-ЭВМ, практический перенос некоторых программных пакетов на ряд суперкомпьютерных систем, проведение высокопромышленных индустриальных вычислений, автоматизированная отладка параллельных программ с применением комбинации динамического и статического подходов, отраслевое суперкомпьютерное моделирование (в частности, физико-химических процессов в элементах конструкции прямоточного твердотопливного двигателя для гиперзвукового летательного аппарата, процессов взаимодействия кремний-углеродных наноструктурированных электродов и твердых электролитов в литий–ионных источниках тока новых типов, механических напряжений в тонких пленках), решение задачи волновой томографии с граничными условиями Неймана на суперкомпьютере, распределение вычислительной нагрузки при параллельном решении серии задач оптимизации, оценка масштабного эффекта в судостроении, ускорения численных вычислений, расширения возможностей DVM-системы для решения задач с применением нерегулярных сеток, моделирования аппаратной платформы мультипроцессора баз данных с многоядерными сопроцессорами, поиск оптимального периода записи контрольной точки для длительных вычислительных задач, разработка CFD-модели реактора проекта АЭС-2006, реализация параллельного ввода-вывода в DVM-системе, разработка модели колоночного сопроцессора баз данных, анализ структуры коммуникационных взаимодействий процессов для решения задачи мэппинга параллельных программ. Отдельные доклады были посвящены параллельной реализации совместной модели атмосферы и океана для бесшовного прогноза погоды и моделирования изменений климата, технологии автоматизации проектирования и реализации образовательных траекторий для подготовки высококвалифицированных кадров в сфере высокопроизводительных вычислений и компьютерного моделирования, методам секторного моделирования в лабораторном практикуме по параллельному программированию, Интернет–ориентированному учебному курсу «Основы параллельных вычислений», применению web-сервисов для запуска и тестирования параллельных программ в рамках учебного курса и параллельным технологиям решения задач аэродинамики и применению суперкомпьютерных спецэффектов в фотореалистичной компьютерной графике для кинематографического производства, в частности, фильма «Экипаж» (2016).

До конца 2016 г запланировано проведение еще трех отраслевых Международных суперкомпьютерных форумов: «Ural Workshop on Parallel, Distributed and Cloud Computing for Young Scientists» (Школа молодых ученых по параллельным, распределенным и «облачным» вычислениям) в октябре в Екатеринбургском Институте математики и механики им. Н.Н.Красовского Уральского отделения (УрО) РАН, Пятой юбилейной международной научно-практической конференции молодых ученых и специалистов «Технологии высокопроизводительных вычислений и компьютерное моделирование» в Краковском Университете науки и техники «Cyfronet AGH» (Польша, октябрь) и Пятого юбилейного Национального СуперКомпьютерного Форума (НСКФ) в Институте программных систем им. А.К.Айламазяна РАН (г. Переславль-Залесский, ноябрь-декабрь).

Выводы и рекомендации:

1. Целесообразно расширение участников Международной конференции «Суперкомпьютерные дни в России» за счет представителей финансово-экономических структур, в частности, инвестиционных агентств и аналитических компаний, применяющих суперкомпьютерные системы при построении среднесрочных и долгосрочных прогнозов. Форум «Russian Supercomputing Days» в 2017 г целесообразно провести в Москве также в сентябре, увеличив время проведения с двух до четырех-пяти дней и запланировав проведение ряда дополнительных секций по суперкомпьютерным вычислениям для финансово-промышленных организаций, оборонно-промышленных компаний и инвестиционных структур.

2. В 2017 г на базе ряда российских академических институтов и с участием ОМН РАН, ОНИТ РАН, УрО РАН и СО РАН возможно проведение Первого Международного академического симпозиума по суперкомпьютерному проектированию с привлечением производственных предприятий различных отраслей с предлагаемым автором названием «Суперкомпьютерный инжиниринг». В рамках форума целесообразна организация секций, в частности, «ВПК», «Инвестиции», «Промышленность», «Строительство», «ТЭК», с приглашением к участию представителей заказчиков – Членов Советов Директоров, и членов Правления, начальников Департаментов и Управлений крупнейших отраслевых корпораций.