16+
ComputerPrice
НА ГЛАВНУЮ СТАТЬИ НОВОСТИ О НАС




Яндекс цитирования


Версия для печати

Модуль поиска не установлен.

"СКИФ" может ускорить темпы роста экономики России

16.09.2005

Сергей Курбатов

Во всем мире есть только два таких гиганта серии 9000. Второй установлен в Пентагоне. Первая машина компьютера предназначена для обработки всей закодированной информации о специальной целевой программе, расчитанной на многие месяцы и даже годы...
Жерар де Вилье "Три вдовы из Гонконга"

Введение

Еще совсем недавно казалось, что отечественные суперкомпьютеры безнадежно отстали. Сегодня ситуация изменилась: мы вошли в мировые рейтинги и даже минимальная по сравнению с Западом господдержка способна возродить отрасль.

От больших к маленьким

В 50-е годы прошлого века в сфере компьютерных технологий СССР ни в чем не уступал США. В 1951 году была введена в действие МЭСМ (малая электронная счетно-решающая машина), разработанная под руководством академика АН Украинской ССР и на протяжении двух лет остававшаяся самой быстрой в Европе. В 1953-м появилась БЭСМ-1 (большая электронная счетная машина), а через три года - БЭСМ-6, также ставшая одной из самых быстрых в мире. Тогда будущее советских компьютеров представлялось достаточно радужным. Однако идиллию нарушило появление новой технологии.

В 60-70-е годы на смену радиолампам и отдельным транзисторам пришли микросхемы и процессоры - плотно размещенные массивы транзисторов, способные выполнять достаточно сложные инструкции. Советская промышленность не успела перестроиться на новые стандарты, и к 80-м годам отставание СССР в области полупроводниковых технологий стало еще заметнее. С перестройкой все усугубилось.

Тем временем само понятие "компьютер" расширялось. Все перечисленные выше ЭВМ были спроектированы под сугубо вычислительные задачи, предполагали одновременную работу нескольких пользователей и были действительно большими машинами. В конце 70-х-начале 80-х на Западе произошла революция - появились персональные компьютеры, машины, предназначенные для одного пользователя. Очень быстро поменялись и их функции: несмотря на возрастающую мощь, они все больше применялись не для математических вычислений, а для игр, организации офисной работы и так далее. От былого предназначения осталось лишь название - compute по-английски значит "считать", "вычислять". Но большие машины не пропали, рынок просто разделился - разработка суперкомпьютеров выделилась в самостоятельное направление индустрии. Cуперкомпьютеры все больше отличались от ПК по архитектуре: если персоналки живут по законам "гонки мегагерц" в единственном процессоре, то суперкомпьютеры базируются на принципах параллелизма, когда одна вычислительная задача разбивается на множество мелких, которые выполняются одновременно разными конвейерами процессора и узлами компьютера.

Как ни странно, точного определения суперкомпьютера не существует до сих пор. Большинство специалистов предлагают считать таковым мощную машину, на момент ввода в строй входящую в список самых быстродействующих. Исходя из этого, участие машины в авторитетном рейтинге TOP-500 уже является основанием для отнесения его к категории суперкомпьютеров.

В этот рейтинг входит 500 самых мощных машин мира, для замера производительности используется универсальный тест LINPACK, ориентированный на определение производительности при выполнении реальных задач. Общепринятой единицей измерения производительности является флопс, то есть одна операция с плавающей запятой в секунду. TOP-500 формируется дважды в год германским Университетом Маннгейма, лабораторией инновационных вычислительных технологий при американском Университете Теннесси и Национальным вычислительным центром энергетических исследований США. Рейтинг TOP-50 (Межведомственный суперкомпьютерный центр РАН и Научно-исследовательский вычислительный центр МГУ им. М.В. Ломоносова) фиксирует самые производительные компьютеры СНГ.

Суперкомпьютер - изделие штучное. Практически всегда он разрабатывается и собирается для решения каких-то конкретных задач. Серийное производство некоторых типовых моделей под силу лишь крупнейшим мировым вендорам - IBM, HP или Cray. Этим объясняется высокая стоимость таких машин: так, по некоторым оценкам, стоимость NEC Earth-Simulator (включая проектирование) составила более 250 млн долларов. Впрочем, и этой суммой затраты не исчерпываются. В суперкомпьютере есть такое понятие, как совокупная стоимость владения, которая складывается из очень многих составляющих: затраты на потребление энергии, на обслуживание; кроме того, учитывается потенциальная вероятность отказа элементов системы.

Большая часть задач, решаемых при помощи суперкомпьютеров, традиционно относится к ведению государства. Это гидрометеорология, моделирование ядерных реакций, геологические исследования в национальных масштабах и многое другое. Именно поэтому суперкомпьютерная индустрия во всем мире опирается на государственную поддержку. Практически все машины, лидирующие в рейтинге TOP-500, были построены в разных странах по госзаказам, на деньги налогоплательщиков. Научный руководитель и исполнительный директор от России программы "СКИФ" С. Абрамов отмечал, что на развитие суперкомпьютеров проекта ASCI США затратили около 6 млрд. долларов. Но отдача не заставила себя ждать: передовые технологии, создаваемые для самого-самого суперкомпьютера, быстро начали применяться в более доступных машинах, устанавливаемых в корпоративных вычислительных центрах.

Переход количества в качество

В последние несколько лет в суперкомпьютерной отрасли наметилось несколько важных технологических тенденций, оказавших непосредственное влияние на структуру рынка. Во-первых, изменилась господствующая архитектура суперкомпьютеров. После 2002 года на место векторно-конвейерных машин, господствовавших с середины 70-х, пришли кластерные системы. Оба типа суперкомпьютеров могут параллельно выполнять сразу несколько процессов. Но векторно-конвейерные машины оснащены специализированными процессорами, оперирующими сразу наборами (векторами) данных. При такой архитектуре самих процессоров в системе немного, но каждый из них обрабатывает достаточно большой поток информации. Кластерные же суперкомпьютеры представляют собой массив отдельных систем - кластеров, соединенных специальной сетью. Распределение задач между кластерами осуществляет управляющий модуль, он же "собирает" результаты вычислений. В отличие от векторных систем в кластерных, как правило, используются обыкновенные процессоры для ПК, а производительность достигается за счет эффективного распараллеливания задач и ускорения ввода-вывода.

Несмотря на относительную сложность разработки программного продукта (ПО) для кластерных систем, рынок благосклонно воспринял их - благодаря использованию массовых комплектующих они намного дешевле векторных. А простая архитектура отдельных узлов - по сути, обыкновенных многопроцессорных ПК - позволила разрабатывать высокопроизводительные системы даже не очень крупным фирмам и ужесточила конкуренцию на рынке. Впрочем, создание кластерных машин тоже очень сложное дело.

Еще одним важным аргументом в пользу кластеров, особенно для российских разработчиков, стало то, что используемые в них массовые процессоры не подпадают под экспортные ограничения США и Японии. Эти ограничения были введены, чтобы не допустить появления суперкомпьютеров у потенциальных противников этих стран. Действуют такие ограничения и для России - использование кластерных схем позволяет обойти их.

Другая важная тенденция - ввод новых схем управления узлами кластеров с использованием технологии FPGA (Field Programmable Gate-Array, чипов с программируемой логикой). Большая часть сегодняшних микросхем программируется один раз - при разработке, и в дальнейшем логика работы готового чипа не может быть изменена. Использование для управления узлами кластера микросхем FPGA позволяет перепрограммировать само "железо", что, естественно, существенно повышает общую производительность.

Создание таких систем планируется и в России, например в рамках проекта "СКИФ-ГРИД".

Жизнь в конце списка

Что касается России, то в начале 90-х о столь необходимой суперкомпьютерной отрасли государственной поддержке совсем забыли, много отечественных инженеров уехало "поднимать" западную электронную промышленность. В результате российские суперкомпьютеры надолго исчезли со сцены. До 1997 года их вообще не было в списках TOP-500, а большинство тех, что появлялись позже, были просто закуплены российскими организациями у западных производителей.

Исключением стала представительница больших машин "МВС-1000", (модернизированная версия - "МВС-1000М"), созданная в ФГУП НИИ "Квант" и установленная в Межведомственном суперкомпьютерном центре. Она была построена по кластерной схеме и используется для проведения самых разных расчетов - ее машинное время распределяется между множеством государственных и образовательных структур.

"МВС-1000" успешно дебютировала в TOP-500 в июне 2002 года, заняв 64-ю строчку, но сейчас "МВС-1000" уже устарела, а в ноябре 2004 выбыла из списка TOP-500.

После прорыва "МВС-1000М" наступило некоторое затишье, связанное с отсутствием заказов на суперкомпьютеры со стороны российских государственных органов. Невелик был спрос и со стороны бизнеса: машинами, в разное время входившими в TOP-500, в России владели лишь Сбербанк (на базе техники HP) и банк "Национальный кредит" (еще до кризиса 1998 года, на базе машин Sun). У других крупных предприятий не было не столько средств, сколько задач, для которых был бы нужен суперкомпьютер. Если фармацевтической или машиностроительной компании необходимо несколько десятков часов машинного времени в год, наилучшее решение - купить только это время, а не весь суперкомпьютер. Но такое решение потребует кооперации и создания общего вычислительного центра. Как показывает опыт, большинство фирм не в состоянии решить эту задачу самостоятельно, а поэтому инициатива организации таких ВЦ и закупки суперкомпьютеров для них опять же должна принадлежать государству.

Союзный "СКИФ"

Новый крупный проект стартовал около пяти лет назад. Союзное сообщество России и Белоруссии начало финансировать программу "СКИФ", направленную на развитие суперкомпьютерных технологий. Ее бюджет на пять лет составил лишь около 10 млн долларов (для сравнения: США инвестируют в суперкомпьютерную отрасль $10 млрд. ежегодно), тем не менее, на эти скромные средства удалось спроектировать и построить 16 образцов высокопроизводительных компьютеров разной мощности, в том числе и суперкомпьютер "СКИФ К-1000", в тесте LINPACK показавший производительность в два терафлопса и занявший, как уже говорилось, 98-е место в TOP-500. "Данный проект мы реализовали за три с половиной месяца, над ним трудились около 14 человек, стоимость проекта составила около 1,7 миллиона долларов", - сообщил Всеволод Опанасенко, генеральный директор компании "Т-Платформы", разрабатывавшей и строившей "К-1000".

"СКИФ К-1000" предполагается использовать для решения задач белорусского гидромета, на ней будут работать научно-исследовательские предприятия Белоруссии, химическая отрасль, промышленные предприятия, такие как БелАЗ, Белорусский тракторный завод, Завод карданных валов.

Следующие суперкомпьютеры в рамках программ "СКИФ" и "СКИФ-ГРИД", возможно, появятся и в России. "Меня часто спрашивают: когда вернешь все, что вложило государство? - рассказывает Сергей Абрамов. - Я всегда отвечаю: сегодня, в наших условиях, напрямую, за счет продажи образцов или машинного времени не может быть возврата. В наших условиях лучше дать возможность предприятиям считать свои изделия, да еще и помогать им в этом. И вот когда суперкомпьютером будут пользоваться предприятия, и с его помощью будут разрабатываться более качественные товары, новые лекарства, все это будет продано гораздо дороже, чем сегодня. Вот тогда и вернутся затраты государства - в виде налогов, экспортных пошлин на новые, конкурентоспособные товары и изделия. В виде повышения конкурентоспособности товаров нашей страны".

Зачем "СКИФы" России?

Прогноз залежей энергоресурсов и полезных ископаемых

Огромные запасы нефти в нашей стране предполагаются на шельфе Северного Ледовитого океана. Ее количество там, как рассчитывают ученые, превышает объем всех существующих российских месторождений на суше и оценивается в триллионы долларов. Средства, применяемые для разведки нефти на суше, слишком дороги для разведки морских месторождений и не позволяют точно определить их границы и глубину залегания. Разведка и оценка предполагаемых запасов нефти возможны только с использованием суперкомпьютеров, которые позволяют выполнить сложные вычисления, основываясь на небольших объемах информации, собранных исследовательскими судами.

Например, норвежская государственная нефтедобывающая компания "Статойл", ведущая добычу нефти на Северном море в схожих условиях, является одним из наиболее хорошо оснащенных мощной вычислительной техникой нефтяных гигантов. В ноябре 2003 года их компьютер занимал в мировом рейтинге 338-е место с реальной производительностью в 511 гигафлопс.

У Saudi Aramco (крупнейшая нефтедобывающая компания в Саудовской Аравии) в 2003 году была система в 609 гигафлопс. Она позволяла, по их собственным словам, "значительно сократить расходы на сбор и обработку геофизических, геологических и сейсмографических данных, повышая одновременно с этим их качество, а также строить трехмерные модели нефтяных и газовых месторождений с высокой степенью визуализации". Экономически это было эффективно, поэтому в 2004 году у них компьютер на 45-м месте в Тор500 с реальной производительностью в 3755 гигафлопс.

"СКИФы" в промышленности

В то же время, как сообщил один из разработчиков "СКИФ К-1000", Сергей Абрамов, в России желающих приобрести новый суперкомпьютер пока не нашлось, хотя заказы на менее мощные модификации "СКИФа", которые не входят даже в тысячу лучших мировых машин, есть. Проблема, по его мнению, кроется в неготовности российских предприятий к переходу на качественно новый уровень производства, моделированию продукции на высокоточных компьютерах и вообще в отсутствии "стремления к совершенству". Дело не в том, что компаниям не на что купить суперкомпьютер, просто переход на новый технологический уровень потребует инвестирования серьезных средств на модернизацию, в разы превышающих затраты на приобретение суперкомпьютеров.

Вопрос к промышленникам и чиновникам: "А нужен ли суперкомпьютер?" - вызвал неоднозначную реакцию. Отвергая все обвинения в собственной отсталости, компании называют причины, мешающие им потратиться на недорогую российскую машину. Во-первых, "СКИФ" придется серьезно адаптировать к решению прикладных задач, а во-вторых, могут возникнуть проблемы с обслуживанием суперкомпьютера: подобный опыт в России еще не накоплен.

Как поясняет президент группы компаний R-Style Василий Васин, у заказчика должна быть уверенность, что произведенный на заводе суперкомпьютер заработает и у него: "Никто не будет рисковать и брать опытный образец для своей работы. Что будет с этим компьютером через год или два? Не придется ли выбрасывать этот дорогостоящий СК и портировать приложения на другой? Не прекратятся ли дальнейшие разработки? Кто будет гарантировать сервис?" Решить эти вопросы, по мнению Васина, может только государство, приняв долгосрочную программу поддержки проекта и обеспечив гарантии ее работы. Клиенты, как правило, предпочитают отработанные прикладные решения от мировых лидеров IТ-индустрии, таких как IBM и Hewlett-Packard, снабженные широким спектром готового ПО и средств разработки. Такой выбор позволяет достичь высокой стабильности работы и гарантированного исполнения системой поставленных задач".

Покупка суперкомпьютера в планах и у лидера российского авиапрома - корпорации "Иркут". Технологии ушли далеко вперед, для проектирования новых моделей самолетов уже используется трехмерное моделирование. В этом случае авиастроение никак не может обойтись без суперкомпьютеров. Сейчас "Иркут" рассматривает возможность приобретения суперкомпьютера HewlettPackard SuperDom. А российская разработка "СКИФ", к сожалению, не вписывается в существующую инфраструктуру корпорации по своей архитектуре и используемому программному обеспечению.

Именно поэтому предпочтительнее пока выглядят западные аналоги суперкомпьютеров - более дорогие, но "заточенные" под решение конкретных задач. В том же Китае сейчас работает около 40 суперкомпьютеров (они заняты в нефтяной отрасли, авиационной и автопромышленности), а в США и Японии их значительно больше.

Заключение

Мировые аналитики в области IT-технологий считают, что суперкомпьютерная отрасль - хребет государства XXI века.

Один из важнейших результатов программы "СКИФ" - восстановление кооперации России и Беларуси в суперкомпьютерной области, формирование команды соисполнителей, которой по плечу сложнейшие научно-технические задачи.

Программа "СКИФ", по мнению аналитиков, является академическим проектом (при создании учитывались политические дивиденды, занятие высокого места в мировом рейтинге TOP-500). В силу этого, программа не слишком востребована под прикладные задачи. Клиенты, как правило, предпочитают отработанные прикладные решения от мировых лидеров IТ-индустрии, снабженные широким спектром готового ПО и средств разработки.

Главное стратегическое преимущество "СКИФа" - сверхскоростные обработки информации и выработка конкретных, безошибочных решений более чем в 30 отраслях, прежде всего в науко- и техноемких, начиная от добычи сырья и кончая наиболее перспективной глубиной его переработки для высокорентабельного экспорта товаров с высокой добавленной стоимостью - возможно реализовать только с государственной поддержкой.

В свою очередь, реализация программы "СКИФ" позволит поднять экономику РФ на новый качественный уровень. Что непременно скажется на повышении благосостояния россиян.

Использованные источники:

http://www.rg.ru;
http://www.profile.ru;
http://www.isahardware.kz;
http://www.expert.ru.



статьи
статьи
 / 
новости
новости
 / 
контакты
контакты