Суперкомпьютер работает и на Земле, и в космосе
В ТГУ представили уникальный суперкомпьютерный информационно-вычислительный комплекс
27 сентября в рамках общего собрания Ассоциации «Сибирский открытый университет» в Национальном исследовательском Томском государственном университете состоялась презентация уникального суперкомпьютерного информационно-вычислительного комплекса, включающего Суперкомпьютер СКИФ Cyberia и Центр обработки данных.
Суперкомпьютер СКИФ Cyberia был создан компанией «Т-Платформы» еще в 2006 году, но его нынешняя версия существенно отличается от прежней. Достаточно сказать, что его пиковая производительность в результате нынешней модернизации возросла с 12 до 62 триллионов операций в секунду! Новый СКИФ Cyberia построен на базе 1280 высокопроизводительных процессоров и включает в себя систему хранения данных объемом 100 террабайт. Именно поэтому супервычислительный кластер ТГУ – самый мощный за Уралом суперкомпьютер, он находится в первой десятке самых мощных суперкомпьютеров стран СНГ и в числе 500 самых мощных супкеркомпьютеров мира.
- СКИФ Cyberia был запущен в феврале 2007 года и сразу же стал заметным событием в компьютерной жизни России, - рассказывает профессор ТГУ Александр Старченко. - На протяжении полутора лет он занимал первое место в списке самых мощных компьютеров в России и 105-е в списке среди 500 самых мощных компьютеров мира. 20 сентября в Абрау-Дюрсо был сформирован новый рейтинг. Вычислительный кластер ТГУ занял в нем третье место, пропустив вперед лишь суперкомпьютеры МГУ имени М.В. Ломоносова и Южно-Уральского университета. Тут сыграло свою роль то, что наши партнеры из компании «Т-платформы» очень хорошие решения реализовали при модернизации. У нас есть задачи, допустим, по молекулярной динамике, которые требуют большой объем процессорной памяти и дискового пространства. Поэтому сначала увеличивали объемы, а потом было проведено обновление 6-ядерных процессоров, которые обеспечат получение важных научных результатов за более короткое время.
Суперкомпьютер весом не только своей научной значимостью, но и в прямом смысле. Он весит 40 тонн!
Центр обработки данных – уникальный программно-аппаратный комплекс, представляющий собой более 250 высокопроизводительных серверов и систему хранения данных объемом 70 террабайт. Все это могущество работает на лицензионном программном обеспечении с сетевым доступом. В составе ЦОД кроме «железа» еще и ситуационный аналитический центр для мониторинга природных и техногенных процессов, прогнозирования и оценки последствий стихийных бедствий и чрезвычайных ситуаций. А самое главное суперкомпьютер и ЦОД через сеть телепорта ТГУ связан со всем миром. Кстати, в ходе презентации нового СКИФ Cyberia состоялся сеанс компьютерной связи с ОАО «Газпром космические системы», который и помогал создавать телепорт для ТГУ. И нынче у «космического» партнера большие планы на ресурсы суперкомпьютера и ЦОД университета.
- Мы сегодня эксплуатируем орбитальную группировку спутников связи ЯМАЛ и разрабатываем новую систему дистанционного зондирования Земли СМОТР, - подчеркивает генеральный конструктор ОАО «Газпром космические системы» Николай Севостьянов. - Сегментом данной программы является космическая система «Арктика-Р», которую мы начали разрабатывать совместно с Роскосмосом. В ее рамках будут работать не только два радиолокационных спутника, но и большая наземная инфраструктура, которая необходима для обработки информации и приведения ее к потребительским качествам. Спутники позволят не менее чем два раза в сутки мониторить территорию Арктики и не менее раза в сутки - территорию России. Недавно в Архангельске состоялся Арктический форум, где как раз обсуждались вопросы развития Северного морского пути. Одна из задач – ледовый мониторинг, который нужен как для навигации и обеспечения безопасности судоходства, так и для моделирования прогноза погоды и глобальных изменений климата. Для обработки космических данных нужны большие вычислительные мощности. Если использовать традиционные средства , то обработка одного радиолокационного снимка занимает четыре и более часов. А информацию нужно получать в течение десяти-двадцати минут после съемки. Поэтому мы сегодня взаимодействуем с ТГУ, который создал суперкомпьютер. Космическая радиолокация будет снимать нужные участки и через спутники ЯМАЛ доставляться по спутниковой связи в Томск , обрабатываться и возвращаться капитанам судов в виде обработанных снимков. Это очень актуальная задача, которая сегодня позволит реально понизить себестоимость прохождения судов по Северному морскому пути.
Как показывает практика, наиболее активно используют высокопроизводительные ресурсы суперкомпьютера и ЦОД ТГУ студенты и ученые. Причем, совсем не обязательно томские. Среди активных пользователей химический факультет МГУ и Алтайский государственный медицинский университет, Новосибирский институт вычислительной математики и математической геофизики и Сибирский физико-технический институт. Заинтересовались проектом и нефтяные компании, которые в последнее время увлеклись компьютерным моделированием месторождений. В рамках презентации новых возможностей были представлены несколько практических работ, где помощь суперкомпьютера и ЦОД была незаменимой.
Многие, конечно, слышали о перспективном заказе для ТЭМЗа на изготовление вентиляторов для московского метро. Но не все знают, что именно на кластере ТГУ были проведены расчеты по моделированию аэродинамики в тоннелях Московского метрополитена. Была досконально изучена ветровая ситуация, которая способствует лучшей очистке воздуха. А профессор ТГУ Игорь Смолин рассказал об интеграционном проекте СО РАН «Эволюция складчатых областей Центральной Азии и сейсмический процесс». В ходе исследования была составлена трехмерная карта тектонической активности региона.
- Решение этих задач стало возможным, только когда у нас появился кластер и ЦОД, - констатирует ученый. - Приходится проводить очень много расчетов, которые занимают очень много времени и требуют огромной памяти . Цель проекта состоит в том, чтобы изучить возможные сценарии эволюции горных областей Центральной Азии. Особое внимание обращается на формирование Байкальской рифтовой зоны и геодинамические последствия Алтайской. В том числе изучаются последствия Саяно-Чуйского землетрясения 2003 года, которое докатилось и до Томска. На карте показаны те зоны, где деформационный процесс убыстряется. Модернизация кластера и создание ЦОД позволили перейти от решения двумерных задач к решению трехмерных, что позволяет получать новые научные результаты.
Карта землетрясений весьма впечатляет и внушает надежды, что скоро ученые смогут не только изучать последствия стихийных бедствий, но и предсказывать их. Так, например, аспирант физического факультета ТГУ Оксана Раздымахина занимается проблемой прогнозирования природно-кометной опасности. В частности уже рассчитана орбита знаменитого астероида Апофиз, который в 2029 году подойдет к Земле на расстояние 38 тысяч километров. После этого его орбита изменится и станет возможным столкновение с Землей в 2036 году. В настоящее время эта гипотеза обсчитывается на суперкомпьютере, а визуализация и анализ трехмерных изображений анализируется в ситуационном центре ЦОД.
- Как раз оценка вероятности столкновения и является той трудоемкой задачей, которую можно решить с помощью кластера, - считает Оксана Раздымахина. - Подобные исследования на кластере с использованием 100 процессоров занимают всего около 30 минут, в то время как аналогичные исследования на персональном компьютере занимают около 59 суток.
Еще одним ноу-хау от томичей является совместный проект ТГУ и СибГМУ по визуализации медицинских изображений. Это, действительно, работа передового класса, которой во всем мире занимаются лишь отдельные научные коллективы.
- Современные медицинские исследования дают большой объем данных, которые получаются с помощью различных методов – магнитно-резонансной томографии, рентгеновской томографии, ультразвука и т.д., - поясняет доцент кафедры медицинской и биологической кибернетики Константин Бразовский. - От одного пациента можно получить несколько гигабайт первичной информации, которая требует обработки. И наибольший интерес представляют трехмерные модели, которые могут помочь решить целый ряд как диагностических задач, так и лечебных. До настоящего момента математическое моделирование было возможным только в компромиссном варианте. На персональном компьютере модель составляли несколько тысяч - максимум десятков тысяч - конечных элементов. С помощью кластера и системы хранения данных ЦОД мы можем строить реалистичные модели – до нескольких десятков миллионов элементов. Здесь приведена модель головы, которая состоит из двух с половиной миллионов элементов. На персональном компьютере такую модель просчитать просто невозможно. Также моделирование важно при планировании хирургических операций. Можно, допустим, увидеть опухоль и все анатомические соотношения, не повреждая мозговую ткань. Изучить на модели и лишь затем приступать к операции.
- Мы имеем уникальные ресурсы и готовы к переговорам с нашими потенциальными партнерами, - заявляет проректор ТГУ по информатизации Владимир Демкин. - Возможности – самые разнообразные: и в компьютерном моделировании, и в проектировании новых материалов, и в оценке качества воздуха, и в защите информации, и в прогнозировании опасных ситуаций и во многом другом.
Суперкомпьютерный информационно-вычислительный комплекс готов помогать в самых разных областях науки, техники и социальной сферы. Особенно там, где требуются сложные и срочные вычисления. Расстояния и географическое положение работе не помеха, это уже доказали первые годы использования умной машины. Экологический мониторинг атмосферы, контроль за разливом рек, распространением пожаров и эпидемий, новые методы разведки нефтегазовых месторождений, восстановление загрязненных почв, проектирование ракетно-космической техники и безопасного шахтного оборудования, создание новых видов сверхтвердых покрытий с помощью нанотехнологий — вот лишь малая часть сложнейших задач, которые ученые ТГУ решают с помощью супервычислительного комплекса в тесном сотрудничестве с предприятиями региона.
Так что: супервозможности ТГУ - для решения любых суперзадач!
Сергей МАКИЕНКО
|