Самарский портал "Технологии, компьютеры"

НРС: жизнь в параллельном мире. Часть 1

24 ноября 2009 года состоялся 4-й ежегодный симпозиум «Высокопроизводительные вычисления», организованный корпорацией Intel. В четвёртый раз на эту встречу собрались представители индустрии, науки и образования, использующие параллельные кластерные технологии для решения практических задач, чтобы обсудить текущие и стратегические потребности в области НРС (High-performance computing – высокопроизводительные вычисления).

Алексей Рогачков, региональный специалист по внедрению продукции Intel рассказал об аппаратных решениях Intel для высокопроизводительных вычислений.

Он отметил, что хотя для большинства людей в мире Intel была и остаётся процессорной компанией, и на этой конференции большая часть времени уделена программному обеспечению, забывать о микропроцессорах не стоит.Алексей Рогачков, региональный специалист по внедрению продукции Intel рассказал об аппаратных решениях Intel для высокопроизводительных вычислений.

Основа модели «Тик-Так» (Tick-Tock) развития микропроцессоров Intel сегодня – это смена микроархитектуры и технологического процесса раз в два года. Это два основных рычага повышения производительности микропроцессоров, в Intel их внедрение очень удачно разбито по времени: один год меняется микроархитектура, следующий год – технологический процесс. Таким образом, разнесены по времени все проблемы и ошибки этих очень сложных процессов. Время показало, что такая модель работает, и это позволяет Intel оставаться лидером на рынке микропроцессоров.

Nehalem – это микроархитектура, лежащая в основе практически всех продуктов Intel, имеющихся на рынке сегодня. 30 марта 2009 года были анонсированы процессоры Intel Xeon 5500, и это был очень важный шаг, поскольку впервые была представлена архитектура, оптимизированная под четырехядерные процессоры. Этот процессор стал первым массовым продуктом со встроенным контроллером памяти. Кроме того, в этой серверной платформе впервые есть широкий набор возможностей ввода-вывода. Процессоры Intel Xeon 5500 дают 2-3-кратный рост производительности в реальных процессах, такого прежде не было. На этой микроархитектуре остались нереализованными только многосокетные процессоры под названием Nehalem-EX, которые появятся в ближайшее время. Г-н Рогачков отметил гибкость микроархитектуры Nehalem и сказал, что с её помощью можно делать и восьмиядерные процессоры. С их помощью в одну стойку можно будет поместить 1000 вычислительных ядер, с технологией Intel Hyper-Threading это будет 2000 программных потоков в одной стойке.

Гибким будет и сам процессор Nehalem-EX, с его помощью Intel планирует выпускать конфигурации от 2 до 32 сокетов. 2 сокета по 8 ядер – очень высокая плотность упаковки. По мнению экспертов Intel для высокопроизводительных вычислений наиболее интересными будут шестиядерные процессоры Nehalem-EX, поскольку в них соблюден оптимальный баланс между количеством ядер и тактовой частотой.

Следующий технологический процесс – это 32 нанометра. Буквально в эти дни запускается новый завод Intel (предприятие Fab 68 в китайском городе Далянь - прим. ред.), который в следующем году будет производить продукты по этому технологическому процессу для массового потребления. Несмотря на сложную экономическую ситуацию в начале 2009 года Intel объявил об инвестициях 7 миллиардов долларов в технологию производства.

Процессоры по технологии 32-нм будут делаться с наименьшими отличиями от существующих сейчас моделей, с тем же сокетом и чипсетом. Это означает минимальное время проверки и представления новых продуктов, а для заказчиков – минимальное время перехода на новую платформу с более высокой тактовой частотой.

Ещё одна интересная сфера деятельности Intel – это твердотельные накопители. Когда они появились, основные жалобы пользователей относились к их высокой цене. Обратите внимание: год назад такие накопители для массового сегмента (сделанные по технологии 50-нм) стоили около 600 долларов, а сейчас их цена (сделаны по новой технологии 34-нм) снизилась до 200 долларов. Тенденция очевидна.

Если «набить» стойку обычными дисками и SSD-дисками, то у последних в 115 раз выше будет количество IOPS (Input/Output Operations Per Second – на сегодня является главным критерием производительности систем хранения данных), то есть, операций ввода-вывода за секунду, установившаяся пропускная способность – в три раза выше, а энергопотребление – в пять раз ниже. Эти цифры дают масштаб выигрыша для крупных установок.

Большинство систем в области высокопроизводительных вычислений – это кластерные системы. Огромное значение при сборке таких больших систем имеет совместимость всех элементов, которая далеко не всегда удаётся. Чтобы облегчить жизнь всем участникам процесса и появилась программа Intel Cluster Rready. Она состоит из целого набора тестов, проверенного оборудования и проверенного ПО для решения типовых задач. Сборщикам остается собирать эти решения в единое целого c полной уверенностью, что они готовы к работе.

Основные акценты стратегии Intel в будущем – это повышение производительности процессоров, снижение их энергопотребления. Поставлена цель каждый год на 50% повышать производительность на ватт потребляемой энергии. Сейчас интенсивно идут исследования того, сколько энергии тратится на перемещения байта информации на разных этапах вычислительного процесса. Оказывается, больше всего – в десять раз – тратится на перемещение из памяти в процессор. Сейчас в лабораториях Intel пытаются либо снизить этот показатель, либо пододвинуть память поближе к процессору.

Ещё одно стратегическое направление развития – это увеличение количества ядер. Эти ядра могут стать более простыми и получить какое-то специфическое назначение. Например, в будущей микроархитектуре Intel Sandy Bridge графическое ядро планируется разместить на кристалле процессора.

В заключение, г-н Рогачков сказал, что у Intel есть целый набор продуктов для рынка высокопроизводительных вычислений. Это и аппаратные решения по технологическому процессу 45-нм – Intel Xeon 5500 для массовой платформы и грядущий Nexalem EX с различными объемами кэш-памяти, количеством ядер и конфигурациями. Это и процессоры, изготовленные по новому технологическому процессу 32-нм. Это и программа Intel Cluster Ready и многое-многое другое.

У компании Intel есть много способов партнерства – это и лаборатории, и коммерческие предприятия, но самое интересное – это некоммерческое партнёрство, которое называется НК-центр. Такие некоммерческие партнёрства образуются в областях возможной экспансии Intel. Это происходит, когда у партнёра есть признанное лидерство в этой области и серьёзная экспертиза. Обязательное условие – совместное финансирование. Создаётся либо совместная лаборатория, либо исследовательский центр, либо институт.Директор департамента по внешним связям Intel Александр Козлинский рассказал об опыте партнёрства Intel в сфере НРС. О том значении, которое Intel придаёт направлению НРС говорит, хотя бы, тот факт, что в Intel создано специальное подразделение, занимающееся НРС, и его курируют первые лица компании.

Первый образец такого сотрудничества – это Visual computing institute в Германии на базе института Фраунтгофера, после совместного финансирования он успешно работает уже более года. Второй пример – Ирландия, где создана лаборатория здравоохранения. Intel очень интересуется цифровым здравоохранением, поэтому вкладывает средства в совместные разработки. Третий пример – это лаборатория Moblin на Тайване. Moblin – это специальная операционная система, разработанная в Intel, Open source проект, ориентированный на встроенные системы (embedded) и MID (мобильные Интернет-устройства). Лаборатория создана совместно с правительством Тайваня, там работают эксперты Intel и специалисты Тайваня.

Последний пример, более свежий и важный для нас, это центр НРС во Франции, открытый два месяца тому назад. В числе партнёров Intel в этом центре – Комиссия по атомной энергетике, Национальное агентство высокопроизводительных вычислений, государственный университет. Цели центра понятны, это петафлопные компьютеры, их оптимизация и исследования в области более мощных суперкомпьютеров. Инвестиции с каждой из сторон достаточно внушительны – по несколько миллионов евро. Пока сотрудничество рассчитано на пять лет.

Что в таком плане можно сделать в России? Intel в России представлен достаточно широко, есть несколько центров, где работают разработчики Intel. Кроме этого, в России есть шесть университетских лабораторий Intel, в Московском Физико-техническом институте работает целая кафедра. На этой базе можно строить сотрудничество Intel с некоммерческими организациями в России. Перспективнее всего сотрудничество в области исследований и разработок. Второе направление –это сотрудничество в подготовке кадров для НРС.

Итоги форума подвел Виктор Самофалов. По его мнению, очень хорошо, что на этой конференции основное внимание было уделено программному обеспечению. Не менее важно и то, что много говорили о партнёрстве и сотрудничестве, а не о технических деталях оборудования. Если говорить о рынке НРС в России, то он небольшой, но скорость его роста – 40-60%. Приятно отметить присутствие докладчика компании «Шлюмберже» на конференции, а также то, что в перерыве именно к этому выступающему было очень много вопросов.

Во второй части симпозиума прошел круглый стол «Суперкомпьютеры в России: производство, обучение, эксплуатация», который вёл директор пресс-службы Intel в России и СНГ Михаил Рыбаков.

Открыл его своим коротким выступлением директор по развитию корпоративных проектов корпорации Intel Николай Местер.

Он сказал, что корпорация Intel активно участвует в развитии рынка НРС, поскольку поставляет для него процессоры и другие компоненты. Однако, сама экосистема НРС гораздо больше, чем Intel, поскольку в неё входят и разработчики ПО, и интеграторы, и создатели кластеров и многие другие компании.

Если постараться проанализировать изменение ситуации на рынке НРС за последние год-два, то можно выявить на нём следующие тенденции.

Во-первых, наблюдается сильный рост интереса к теме высокопроизводительных вычислений. В большой степени причиной тому можно считать и активность Intel, начавшаяся в России с 2002-2003 гг. Стартовал Intel c 1-2 клиентов, бизнес которых существенно зависел от НРС. С 2004 года возник постепенный рост совокупной вычислительной мощности НРС в России. Тогда общий объём вычислительной мощности 50 крупнейших суперкомпьютеров составлял несколько терафлопов. К 2006 году он вырос до 15-20 терафлопов. Начиная с 2007 года, когда правительство России стало вкладывать существенные средства в проект «Образование», тематика НРС была активно поддержана университетами страны. Буквально за год был совершён прыжок до 100-150 терафлопов. За это время в России сформировалось три суперкомпьютерных центра – Межведомственный суперкомпьютерный центр, МГУ и Курчатовский институт. Для России и всего мира характерно такое соотношение: самый мощный кластер опережает средние по отрасли в 6-10 раз. Если самый мощный кластер России в МГУ имеет мощность 500 терафлопов, то средний подтягивается к 50 терафлопам.

Итак, 2007 год характеризовался резким ростом количества кластеров НРС. Если раньше их было около пяти, то стало – 15-20. Появились кластеры в несколько терафлопов, на которых стали считаться реальные задачи по аэродинамике, гидродинамике, нефтяной отрасли.

В 2008 году продолжали укрупняться кластеры трёх основных центров НРС. В 2009 году по отношению к 2008 году суммарного увеличения мощности российских кластеров не произошло, Усилия консолидировались, и скачок роста произойдёт в 2010 году. За все предыдущие годы в НРС было продано около 8 тысяч процессоров, а в 2010 году их будет продано 15-16 тысяч. В 2010 году совокупная мощность российских суперкомпьютеров перешагнёт через 1 петафлоп. Важно и то, что в конце 2009 года в России был реализован НРС-проект, характерный по масштабу для Европы – 30-40 миллионов евро. Все это говорит о том, что тенденции развития НРС в России, класс решаемых на суперкомпьютерах задач не отличаются и даже не отстают от европейских. 8 российских суперкомпьютеров попали в ТОР500 мировых суперкомпьютеров, 7 из них сделаны на процессорах Intel. Стоит отметить и то, что 403 суперкомпьютера из ТОР500 сделаны на процессорах Intel.

Отвечая на вопросы участников круглого стола, г-н Местер отметил, что средний срок жизни суперкомпьютера в Европе составляет 3-4 года, потом он подлежит модернизации – переходу на новую микроархитектуру процессоров.

Далее шла общая дискуссия о проблематике суперкомпьютерного образования и о его востребованности в обществе, о необходимости смотреть в будущее, когда количество ядер в процессорах достигнет тысяч и десятков тысяч и о многих других актуальных проблемах высокопроизводительных вычислений.