Студенческий меридиан
Журнал для честолюбцев
Издается с мая 1924 года

Студенческий меридиан

Найти
Рубрики журнала
40 фактов alma mater vip-лекция абитура адреналин азбука для двоих актуально актуальный разговор акулы бизнеса акция анекдоты афиша беседа с ректором беседы о поэзии благотворительность боди-арт братья по разуму версия вечно молодая античность взгляд в будущее вопрос на засыпку встреча вузы online галерея главная тема год молодежи год семьи гражданская смена гранты дата дебют девушка с обложки день влюбленных диалог поколений для контроля толпы добрые вести естественный отбор живая классика загадка остается загадкой закон о молодежи звезда звезды здоровье идеал инженер года инициатива интернет-бум инфо инфонаука история рока каникулы коллеги компакт-обзор конкурс конспекты контакты креатив криминальные истории ликбез литературная кухня личность личность в истории личный опыт любовь и муза любопытно мастер-класс место встречи многоликая россия мой учитель молодая семья молодая, да ранняя молодежный проект молодой, да ранний молодые, да ранние монолог музей на заметку на заметку абитуриенту на злобу дня нарочно не придумаешь научные сферы наш сериал: за кулисами разведки наша музыка наши публикации наши учителя новости онлайн новости рока новые альбомы новый год НТТМ-2012 обложка общество равных возможностей отстояли москву официально память педотряд перекличка фестивалей письма о главном поп-корнер портрет посвящение в студенты посмотри постер поступок поход в театр поэзия праздник практика практикум пресс-тур приключения проблема прогулки по москве проза профи психологический практикум публицистика путешествие рассказ рассказики резонанс репортаж рсм-фестиваль с наступающим! салон самоуправление сенсация след в жизни со всего света событие советы первокурснику содержание номера социум социум спешите учиться спорт стань лидером страна читателей страницы жизни стройотряд студотряд судьба театр художника традиции тропинка тропинка в прошлое тусовка увлечение уроки выживания фестос фильмоскоп фитнес фотокласс фоторепортаж хранители чарт-топпер что новенького? шаг в будущее экскурс экспедиция эксперимент экспо-наука 2003 экстрим электронная москва электронный мир юбилей юридическая консультация юридический практикум язык нашего единства
Голосование
Редакционный совет

Ростовцев Юрий Алексеевич
Главный редактор издания

Репина Ирина Павловна
Генеральный директор издания


Святослав Бэлза, Юлия Казакова, Ольга Костина, Кирилл Молчанов, Тимур Прокопенко, Владимир Ситцев, Людмила Швецова, Кирилл Щитов, Валентин Юркин


Наши партнеры










Номер 02, 2009

Суперкомпьютер «СКИФ-МГУ»: Мощнее, быстрее, умнее

Оказывается, большинство научных проблем в наше время давно уже не решаются. Они – считаются. Инструмент счета – компьютеры. Ученые с радостью перекладывают свою профессиональную ношу на их «железные плечи». И чем тяжелее задача, тем мощнее компьютер. «Поднять» супертяжелую задачу в состоянии только суперкомпьютер. В современной отечественной науке есть что поднимать, да вот с «подъемниками» туго.

«Бизнес» и «гольф»

Первым разрубил гордиев узел Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова. 19 марта прошлого года в научно-исследовательском вычислительном центре (НИВЦ) МГУ стартовал суперкомпьютер «СКИФ-МГУ». Отмашку дал спикер Госдумы Федерального Собрания РФ Борис Грызлов. После чего прокомментировал:

– Развитие в России суперкомпьютерной отрасли и создание сети центров суперЭВМ – одна из самых приоритетных задач построения инновационной экономики России, основанной на знаниях. Без высокопроизводительных вычислений мы сегодня не в состоянии ни решать проблемы развития наукоемких технологий, ни создавать новые высокотехнологичные и конкурентоспособные производства. В результате успешной реализации российско-белорусских программ «СКИФ» и «СКИФ-ГРИД» сегодня мы можем независимо от Запада производить отечественные суперкомпьютеры, мощность которых позволяет ставить перед собой самые сложные задачи. Это достижение – одно их важнейших составляющих фундамента новой российской экономики.

Супервычислитель по старой доброй научной традиции – присваивать имена собственные популярным или уникальным технологическим изделиям – назвали «Чебышевым» в честь знаменитого математика профессора МГУ. Подобных машин еще не было ни в России, ни в СНГ, ни в Восточной Европе. Теоретически развиваемая скорость в 60 триллионов операций в секунду позволяет «Чебышеву» занимать 22-е место в рейтинге 500 самых мощных суперкомпьютеров планеты. Да и подобными «учебными калькуляторами» могут похвастаться не более шести университетов мира. Тешит душу и тот факт, что, несмотря на использование Intel-ских процессоров, сборка супервычислителя была отечественной. С этой задачей справились Институт программных систем РАН и компания «Т-Платформы».

На этом университет не остановился. В 2008 году в стенах факультета вычислительной математики и кибернетики (ВМК) загудел всеми двумя тысячами процессоров IBM-ский суперкомпьютер Blue Gene/P. А 24 октября в просторной лекционной аудитории ВМК представители корпорации IBM и видные университетские ученые во главе с ректором В.А. Садовничим скрепили подписями первые документы о научном сотрудничестве в области нанотехнологий.

Мощность Blue Gene/P почти в два раза меньше чем у «СКИФа», – 27,8 триллиона операций в секунду.

– Blue Gene/P – суперкомпьютер среднего класса, «гольф»-класса – отметил имеющий многолетний водительский опыт академик В.А. Садовничий. – Машина вышла на прекрасную пиковую производительность в 23,5 терафлоп (трлн операций в секунду). Это блестящий результат.

Замечательно еще и то, что, помимо решения научных задач, Blue Gene будет использован в учебных целях. Уже открыт студенческий практикум, и ребята осваивают специфику работы на подобных системах, учатся ставить и решать конкретные задачи.

Рассказ очевидца

Итак, два супервычислителя уже жужжат всеми своими многотысячными процессорами, а системы охлаждения едва сдерживают их рабочую горячку. Но о чем их «жужжание»? Это вопрос людям, стоящим у руля супервычислителей.

Вот что рассказывает Павел Гаврилушкин, аспирант факультета ВМК, специализирующийся в области параллельного программирования.

– В наше время теоретическое решение научных проблем с помощью коленки, бумажки и карандаша – случаи уникальные. Обычно требуется провести колоссальные расчеты. Например, те же нанотехнологии. На наноуровне работают законы квантовой механики, уравнения которых аналитического решения не имеют. Есть только приблизительные методы их расчета, и процедуры эти весьма громоздкие. То же самое творится в исследованиях гидро-, газо- динамики, в биологии, в погодоведении, где куча параметров, изменяющихся со временем и влияющих друг на друга. Смоделировать и посчитать все это можно только на компьютере. Иногда – только на суперкомпьютере.

Событиям последнего года – приобретению университетом двух супервычислителей – ученые-теоретики очень рады. Теперь гипотезы можно проверять в реальном времени и в реальных масштабах, моделируя их на «Чебышеве» или Blue Gene. При этом денежные затраты выйдут несравненно меньшие, нежели воплощение теоретических идей в лабораторных экспериментах.

Однако на компьютере можно смоделировать только то, что имеет предсказуемое поведение, – т.е. известен закон, которому явление подчиняется, или этот закон предполагается. Угадать новое явление природы довольно трудно. Поэтому девиз экспериментаторов: «Опыт – всему голова!» остается в силе.

– Моя задача как программиста, – поясняет Павел, – оптимизировать программу, написанную учеными для решения той или иной научной задачи, под «архитектуру» суперкомпьютера. Чтобы написать программу, нужны лишь ноутбук и редактор текста. Но это не значит, что она будет быстро и хорошо работать. Более того – как только мы переходим от одного процессора к нескольким тысячам, от обычного компьютера к суперу, сразу возникают коммуникационные проблемы, проблемы синхронизации между запущенными в разных узлах программами. Из области последовательного программирования мы перемещаемся в область программирования параллельного, где гораздо больше возможностей, но точных алгоритмов не существует, только приближенные. И пока что каждую новую задачу приходится решать индивидуально.

Калькулятор на колесах

Наукой деятельность суперкомпьютеров не ограничивается. Без их помощи нынче не обходится ни одна крупная организация. Например, каждый солидный банк обладает своим супервычислителем, контролирующим все информационные и финансовые потоки, просчитывающим риски и предлагающим наиболее выгодное решение.

Или взять любую крупную автомобильную компанию. Прежде чем изготовить новую марку автомобиля, инженеры совместно с программистами создают ее виртуальный аналог, затем обкатывают ее на виртуальных дорогах, изучают ее аэродинамику в виртуальной аэротрубе. Все это выполняется на мощном компьютере.

А там, где есть спрос, есть и предложение.

– В Америке процветает бизнес: аренда суперкомпьютеров, – рассказывает Павел. – Огромные грузовики возят их на прицепах от одной нуждающейся в серьезных расчетах организации к другой. Стоят эти услуги бешеных денег.

Без своих ноу-хау там, конечно, не обходятся. Сложно построить серьезный вычислитель в ограниченном помещении: вместить системы охлаждения, звуковой изоляции, решить проблему огромного электропотребления и веса самой конструкции. Тем не менее суперкомпьютерные грузовики уже разъезжают по хайвэям.

Стратегический расчет

– К помощи «Чебышева» прибегают не только ученые, – продолжает Павел. – Нередко ученым нашего факультета приходится решать и военные задачи. Например, имеется определенный тип истребителя со всеми его тактико-воздушными характеристиками. Рассматривается ситуация: в самолет попадает вражеский снаряд, и он лишается крыла. Ставится вопрос: может ли машина дотянуть до аэродрома на одном крыле? Оказывается, может. Специально под этот случай была написана программа, которая рассчитала параметры включения оставшихся двигателей для поддержания полета.

Это один из многих конкретных примеров. Но можно посмотреть глобально, – рассуждает молодой ученый. – Любая конфиденциальная информация, как правило, зашифрована. Код шифра держится на своей вычислительной сложности. Дальше дело техники – у кого мощнее компьютер, тот в перспективе быстрее становится обладателем нужной информации. А оповещен – значит защищен. Поэтому уже сейчас многие страны разрабатывают аналогичные системе ПРО системы суперкомпьютеров, которые обеспечивают их информационную безопасность: решают задачи криптографии и мониторинга информационных потоков – Интернета, телефонных звонков и т.д. Поэтому разработка супервычислителей – стратегическая задача любого мощного государства.

Наночислительное будущее

От глобальных рассуждений перейдем к более насущным. Георгий Шумкин – автор первой дипломной работы, выполненной по данным, полученным с университетского Blue Gene/P.

– В сентябре 2007 года директор цюриховской лаборатории IBM Маттиас Кайзерсверт посетил наш университет в рамках поездки по старейшим университетам восточной Европы, – рассказывает Георгий о своем первом знакомстве с суперкомпьютером. – На встрече с нашим факультетом он предложил конкурс на лучшую студенческую научную работу. Главный приз – трехмесячная стажировка в цюриховской лаборатории IBM. Мы с моим руководителем профессором Александром Михайловичем Поповым подали заявку. И выиграли. Прошлым летом я отправился как студент-стажер в одну из лучших вычислительных лабораторий Европы заниматься наукой и заодно получить опыт работы на таких машинах, как Blue Gene.

Скромный стажер занимался исследованием одного из самых перспективных направлений в нанотехнологиях.

– Примерно полтора года назад в той же лаборатории был открыт так называемый нанопереключатель, – продолжает Георгий. – Это молекула нафталоцианина. С помощью сканирующего электронного микроскопа ученые обнаружили, что под действием электрического тока нафталоцианин может переключаться из одного состояния в другое, сохраняя свою геометрию – налицо все признаки элементарного логического устройства. Но устройства гораздо меньшего, размером с молекулу, и гораздо более шустрого, чем используемые ныне кремневые аналоги.

Открытие чисто экспериментальное. Теперь черед теоретических исследований, которыми я и занимался в составе научной группы в Цюрихе и продолжаю под руководством Александра Михайловича Попова здесь, на Blue Gene. В перспективе, если теория себя оправдает, не за горами новое поколение сверхкомпактных и сверхмощных вычислительных систем. Есть к чему стремиться.

Георгий немного рассказал о «своей машине» и сравнил ее с «Чебышевым».

– Это один из вычислителей, также занимающий лидирующие позиции в рейтинге суперкомпьютеров ТОП-500. Две аппаратные стойки по 1024 четырехядерных процессора с общей пиковой производительностью 27,8 триллиона операций в секунду. При желании вычислительная система легко увеличивается с приобретением еще одной или нескольких стоек.

«Чебышев» уникален своей архитектурой. Blue Gene/P – более промышленный вариант. Но один дополняет другой. Если на «Чебышеве» – в основном наука, то Blue Gene/P открыт и для учебных целей. А уметь решать задачи параллельного программирования и работать с супервычислителями нужно обязательно – за ними будущее.

Дальше – больше

Прогноз суперкомпьтерного будущего дал академик, ректор МГУ В.А. Садовничий еще при запуске Blue Gene/P:

– Недавно российским правительством было принято решения купить суперкомпьютер мощностью 0,5 петафлопс (500 трлн операций в секунду). Я закончил совещание с ведущими учеными нашей страны по поводу этого изделия. И уже в 2009 году такой вычислитель будет стоять в МГУ. К тому времени, будем надеяться, мы станем первым университетом в мире, обладающим столь мощным вычислителем. Следующий шаг – 1,5 петафлопс...

Даниил ИЛЬЧЕНКО


К началу ^

Свежий номер
Свежий номер
Предыдущий номер
Предыдущий номер
Выбрать из архива