31.01.2017

Опыт и перспектива отечественных суперкомпьютерных и информационных технологий

Программы по развитию суперкомпьютерных и информационных технологий в большинстве развитых стран мира входят в число наиболее приоритетных, и их реализация осуществляется при мощной государственной поддержке.

Мировая практика подтверждает, что в настоящее время важнейшим фактором, позволяющим реализовать задачи обеспечения качества, повышения эффективности проектирования и производства высокотехнологичной промышленной продукции, вооружений и военной техники, совершенствования их тактико-технических характеристик, является уровень внедрения суперкомпьютерных и информационных технологий на всем жизненном цикле изделий.

Соответствующие программы нацелены как на ускоренное развитие компонентов самих суперкомпьютерных технологий, так и на выход с их использованием на лидирующие позиции в высокотехнологичных отраслях и вытеснение конкурентов с мировых рынков. В качестве примера можно привести программы министерства энергетики США (DoE): ASC (Advanced Simulation and Computing), ASCR (Advanced Scientific Computing Research), программу минобороны США – HPCMP и проекты Агентства перспективных исследований DARPA.

В Российской Федерации также предпринимаются государственные меры по развитию информационных и суперкомпьютерных технологий, которые отражены в Основах государственной политики в области развития оборонно-промышленного комплекса Российской Федерации на период до 2020 г., Стратегии развития отрасли информационных технологий в Российской Федерации на 2014–2020 годы и на перспективу до 2025 года и прочих.

В Госкорпорации «Росатом» накоплен значительный опыт по внедрению собственных разработок в области передовых суперкомпьютерных и информационных технологий. Это объяснимо, поскольку в условиях действия Договора о всеобъемлющем запрете ядерных испытаний без такого опыта невозможно обеспечение надежности и безопасности ядерного оружия.

Ключевым компонентом суперкомпьютерных технологий является программное обеспечение для суперкомпьютерного моделирования.

Российским федеральным ядерным центром – Всероссийским научно-исследовательским институтом экспериментальной физики (РФЯЦ-ВНИИЭФ) Госкорпорации «Росатом» совместно с соисполнителями и специалистами ряда предприятий высокотехнологичных отраслей промышленности (предприятия ГК «Росатом», ПАО «ОАК», космической отрасли, ОПК и других высокотехнологичных отраслей промышленности Российской Федерации) создан пакет программ инженерного анализа и суперкомпьютерного моделирования ЛОГОС.

Пакет программ ЛОГОС предназначен для комплексного математического моделирования процессов аэро-, гидро-, газодинамики, тепломассопереноса, турбулентного перемешивания, прочности и деформации, то есть физических процессов, характерных для различных этапов жизненного цикла современных высокотехнологичных изделий, с использованием ресурсов современных супер-ЭВМ. По функциональному наполнению и классам решаемых задач, а также уровню адаптации к современным супер-ЭВМ пакет программ ЛОГОС является уникальным продуктом, не имеющим отечественных аналогов.

Пакет программ ЛОГОС охватывает большинство (до 70 %) основных задач промышленности, решаемых при проектировании и разработке высокотехнологичных изделий (зарубежные аналоги ANSYS, STAR-CD (ССМ+), STAR-CD (ССМ+), CFX, FLUENT,
LS-DYNA, ABAQUS и др.).

В настоящее время пакет программ ЛОГОС широко используется и подтверждает свои высокие качества при решении задач по основной тематике ФГУП «РФЯЦ-ВНИИЭФ», предприятий и организаций ОПК, Минобороны России, гражданских высокотехнологичных отраслей промышленности. Пакет программ ЛОГОС передан более чем на 50 предприятий для опытной эксплуатации и практического применения. Совместно с «ОКБ Сухого» разработана и успешно реализуется программа поэтапного импортозамещения пакетом ЛОГОС зарубежных разработок для выделенных классов задач.

Создание отечественного пакета программ ЛОГОС для инженерного анализа и суперкомпьютерного моделирования особенно важно для предприятий ОПК, где имеются экспортные запреты и ограничения стран-производителей на импортные коды. Но даже если таких запретов нет, использование зарубежных разработок несет существенные риски, связанные прежде всего с возможностью одностороннего прекращения технической поддержки, предоставления новых версий. Кроме того, важное преимущество оте­чественного пакета ЛОГОС – возможность его функционального развития в интересах конкретных предприятий ОПК. И, наконец, немаловажным преимуществом отечественного пакета ЛОГОС является его существенно меньшая стоимость, чем стоимость приобретения зарубежных аналогов.

Ключевой задачей дальнейшего развития пакета программ ЛОГОС является создание на его базе импортозамещающего пользовательского продукта для ОПК и промышленности. Создание такого продукта является объемной и многоплановой задачей и имеет меж­отраслевой характер. Реализация данной задачи должна осуществляться в кооперации с ведущими предприятиями ОПК, отраслевыми КБ, РАН и вузов. Здесь требуется организация работ на государственном уровне.

Госкорпорация «Росатом» обладает широкими компетенциями в области проектирования и создания супер-ЭВМ различного класса и назначения, а также в разработке важных аппаратно-программных компонент для супер-ЭВМ.

Так, в настоящее время в Госкорпорации «Росатом» (ФГУП «РФЯЦ-ВНИИЭФ») по продуктовой линейке «Компактные супер-ЭВМ» разработаны супер-ЭВМ производительностью 1, 3, 5 Тфлоп/с (см. рис. 1), в том числе на отечественных компонентах – микропроцессорах «Эльбрус» («Эльбрус-8С», а в перспективе «Эльбрус-8СВ» и др.).

Отличительной чертой компактных супер-ЭВМ является возможность эксплуатации их инженерами-исследователями и научными работниками в офисных помещениях, не оборудованных специальными инженерными системами, поскольку они могут подключаться к обычной офисной розетке (до 2,5 кВт); их габариты сравнимы с размерами персонального компьютера; уровень шума в пределах норм СанПиН. И это при производительности от 1,0 и выше Тфлоп/с!

Сегодня практика показала востребованность компактных супер-ЭВМ в конструкторских бюро предприятий высокотехнологичных отраслей Российской Федерации. К настоящему времени более 120  КС-ЭВМ поставлено заказчикам.

По направлению «Супер-ЭВМ средней производительности» Госкорпорация «Росатом» может выполнить работы по проектированию и созданию супер-ЭВМ производительностью в несколько десятков Тфлоп/с (по желанию заказчика) от двух разработчиков: ФГУП «РФЯЦ-ВНИИТФ» – супер-ЭВМ «Зубр» и ФГУП «РФЯЦ ВНИИЭФ» – супер-ЭВМ «АПК-КАСКАД».

В ФГУП «РФЯЦ-ВНИИЭФ» совместно с НИИСИ РАН разработана отечественная система межпроцессорных обменов (СМПО). Это ключевая аппаратно-программная компонента, предназначенная для организации межпроцессорных коммуникаций супер-ЭВМ (см. рис. 2).

Областями применения СМПО являются супер-ЭВМ различного уровня производительности (от компактных супер-ЭВМ до сверхмощных петафлопсного уровня производительности), центры обработки данных и другие кластерные решения. СМПО является уникальной разработкой, по своим характеристикам не имеет оте­чественных аналогов и признана мировым инженерным сообществом. Подтверждением этого являются
награды, полученные образцом СМПО-10CA-AD на международных выставках в 2015 году в Корее (см. рис. 3) и в 2016 году в Китае.

В настоящее время спроектированы и изготавливаются аппаратные модули СМПО на базе СБИС с отечественным кристаллом, которые позволят значительно сократить время задержки передачи данных и снизить себестоимость при серийном производстве.

Госкорпорация «Росатом» предоставляет предприятиям высокотехнологичных отраслей промышленности возможность проведения вычислений в защищенном удаленном доступе на имеющихся ресурсах вычислительных центров коллективного пользования (ВЦКП) в ФГУП «РФЯЦ-ВНИИЭФ», ФГУП «РФЯЦ-ВНИИТФ», ООО «ЦКО» «Технопарка Саров» и других организациях.

Данная услуга востребована. Например, на вычислительных ресурсах ВЦКП ФГУП «РФЯЦ-ВНИИЭФ» проводят расчеты в удаленном режиме более 50 предприятий, география размещения которых весьма широка (см. рис. 4).

В заключение отметим, что перспективы дальнейшего развития оте­чественных суперкомпьютерных и информационных технологий, ключевые направления и задачи этого развития отражены в Концепции по развитию технологий высокопроизводительных вычислений на базе супер-ЭВМ эксафлопсного класса. Указанная Концепция разработана Госкорпорацией «Росатом» при участии РАН, Минобрнауки России, предприятий промышленности и др. Она одобрена межведомственной рабочей группой по развитию индустрии суперкомпьютеров в РФ и их применению в промышленности, образованной заседанием Совета при Президенте РФ по развитию информационного общества.

Задачи развития отечественных суперкомпьютерных и информационных технологий сегодня приобретают все большую актуальность с учетом складывающейся геополитической обстановки, и для их реализации требуется государственная поддержка.

 

И.М. Каменских, В.Е. Костюков