Развитие суперкомпьютерных технологий

В конце сентября 2013 г. лидером «Тор 50» российских суперкомпьютеров стал суперкомпьютер «Ломоносов» с пиковой производительностью 1700 терафлопс, созданный для Московского государственного университета компанией «T-Платформы». На втором месте — разработанный РСК кластер производительностью 523 терафлопс, установленный в Межведомственном суперкомпьютерном центе Российской академии наук. Одна из основных особенностей систем РСК — энергоэффективность, которая достигается благодаря жидкостному охлаждению вычислительных узлов архитектуры «РСК Торнадо» [84].

В ЦОД («Российский федеральный ядерный центр — Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики») в Сарове установлено шесть современных супер-ЭВМ собственной разработки и организован центр коллективного пользования. Его суммарная производительность составляет 320 терафлопс. Он обслуживает в дистанционном, защищенном режиме почти полсотни предприятий стратегических отраслей промышленности.

В Институте прикладной математики им. М. В. Келдыша РАН разрабатываются вычислительные алгоритмы, оптимизированные для высокопроизводительных компьютеров с многоядерными процессорами и ускорителями различных типов, создается ПО общего назначения. Совместно с Институтом электронных управляющих машин им. И. С. Брука планируется выпустить в 2015 г. восьми ядерный процессор «Эльбрус-8С» производительностью 250 гигафлопс, тактовая частота которого может достичь 1,5 ГГц. Одновременно ведется разработка микропроцессора с архитектурой «Эльбрус», адаптированного для производства на отечественной фабрике «Микрон» в Зеленограде в 2014 г. Его производительность должна превысить 20 гигафлопс при тактовой частоте 300 МГц [32].

Сейчас ведется разработка еще одного российского суперкомпьютера по заказу Министерства обороны России. Устройство будет полностью создано из российских комплектующих холдингом «Росэлектроника», в составе которого находится около 123 заводов России, специализирующихся на радиоэлектронной сфере деятельности. Суперкомпьютер должен будет обеспечить выполнение всех задач, которые сейчас стоят перед оборонной промышленностью в сфере электронных вычислений, моделирования и много другого. Мощность его составит 1,2 петафлопса. Основная особенность этого компьютера — то, что вся компонентная база, все процессоры будут российской разработки.

В течение ряда лет Научно-исследовательский институт системных исследований ведет работы по созданию технологии высокопроизводительных вычислений на основе принципа встречной оптимизации. Разработана архитектура неоднородного многоядерного микропроцессора К128, не имеющего аналогов в мире. На основе этого научно-технологического задела к 2015 г. может быть создан суперкомпьютер производительностью 10 петафлопс.

Работы по данному направлению невозможны без государственной поддержки и активного привлечения научной общественности [6]. В 2010;2011 гг. Межведомственной рабочей группой по развитию индустрии суперкомпьютеров в РФ была разработана Концепция развития технологий высокопроизводительных вычислений на базе супер-ЭВМ экзафлопсного класса. Приведенный в Концепции анализ показывает, что с использованием доступных коммерческих комплектующих к 2015 г. возможно собрать в России гибридный (неоднородный) суперкомпьютер с пиковой производительностью не выше 10−20 Пфлопс. Российские суперкомпьютеры 2018;2020 гг. смогут достичь производительности 50−100 Пфлопс только за счет гибридности, то есть высокая производительность может достигаться лишь благодаря использованию графических или многоядерных процессоров-ускорителей.

В Концепции приводятся планируемые технико-экономические показатели вычислительной подсистемы отечественного суперкомпьютера 2015 г. производительностью 10 Пфлопс на базе отечественного гибридного микропроцессора с 16 универсальными суперскалярными ядрами и 128 потоковыми ядрами. Система включает 1 600 однородных вычислительных узлов на базе шестипроцессорного модуля с памятью 256 Гб. Тактовая частота микропроцессора равна 1 ГГц, производительность — 1 Тфлопс.

По мнению экспертов, главной проблемой в данной отрасли является то, что в России ведутся работы по экзотическим перспективным архитектурам машин потоков данных, но не получают должного развития работы по активно разрабатываемым в мире направлениям, хотя понимание необходимости этого имеется. Отечественные микропроцессоры применяются в специальных областях, но нет суперкомпьютеров на этих микропроцессорах, вследствие чего затруднительно оценивать их производительность на общепризнанных тестах. Для построения конкурентоспособных суперкомпьютеров необходимо осваивать новейшие технологии, соизмеримые с разрабатываемыми за рубежом: ЗО-СБИС, оптические соединения на кремнии, оптические WDM-сети с передачей пакетов на разных длинах волн, новые технологии организации кристаллов памяти. По всем этим направлениям полезно сотрудничество с европейскими и азиатскими партнерами [14].