Межведомственный суперкомпьютерный центр Российской академии наук (МСЦ РАН) в этом году отмечает юбилей. Формирование центра как наследника идей советских школ БЭСМ и Эльбрус началось в 1996 году. На тот момент это была вторая в мире после США подобная организация, нацеленная на взаимодействие разных ведомств, министерств и научных коллективов.

Сейчас суммарная пиковая производительность всех систем центра составляет 2 Пфлопс. А началось всё с установки двух первых систем в 1998 и 1999 годах на базе PA-RISC: HP V-class и HP Superdome. Но знаковым стало появления первого кластера с отечественной сборкой и интеграцией на рубеже — это была система МВС-1000М на базе DEC Alpha, которая преодолела отметку в 1 Тфлопс и попала в первую сотню рейтинга суперкомпьютеров TOP500. С этого момента принято отсчитывать возраст центра в современном его виде.

Всего же системы МСЦ РАН попадали в TOP500 37 раз, из них 18 раз в Топ-100. А в Green500 — 23 и 11 раз соответственно. Несмотря на то, что сейчас по мировым меркам мощности МСЦ РАН не так велики, а пользователи просят добавить хотя бы ещё одну петафлопсную машину, тем не менее, по уровню технологий системы центра не отстают от зарубежных. В частности, новая гиперконвергентная СХД позволила обновлённому суперкомпьютеру МВС-10П ОП2 попасть в первую двадцатку рейтинга IO500.

С 2012 года системы МСЦ РАН перешли сначала на прямое жидкостное охлаждение, а потом и на охлаждение горячей водой, что позволило повысить плотность и компактность систем, значительно сократив энергопотребление и расходы. Эти системы построены российской группой компаний РСК на базе аппаратной платформы Intel и собственных решений программно-аппаратных решений. В рейтинге Топ-50 (СНГ) её системы занимают 12 позиций. А машины МСЦ РАН попадали в него 107 раз, из них 46 — в первую десятку. В свежем Топ-50 присутствуют пять систем МСЦ РАН.

Вычислительными ресурсами центра, как и было задумано, пользуются в основном внешние пользователи — на их долю приходится более 90% нагрузки. Ну а собственно загрузка суперкомпьютеров превышает 90%, что говорит об их востребованности: время ожидания для запуска задач составляет 2-3 дня. Кроме того, центр предлагает не только доступ к ресурсам, но и заказы на готовые исследования, пусть и в небольшом пока объёме.

В дальнейшем МСЦ РАН сосредоточится на развитии актуальных тем ИИ и анализа больших данных, а также на дальнейшей интеграции суперкомпьютерных ресурсов в масштабе всей страны. Впрочем, это требует и развития региональных центров высокопроизводительных вычислений, которые сейчас используются не только для собственно расчётов, но и для отладки моделей и программ, которые в дальнейшем работают «в полную силу» уже на машинах МСЦ РАН.

О некоторых свежих прикладных и фундаментальных исследованиях было рассказано в презентации, посвящённой юбилею центра. Наиболее актуальной среди них, конечно, является разработка средств для борьбы с коронавирусом. В рамках международного проекта The Good Hope Net российские учёные смоделировали терапевтические препараты для противодействия COVID-19, которые уже проходят успешные испытания на клеточных культурах.

Вечная проблема и одна из традиционных задач суперкомпьютеров (а когда-то и первых компьютеров вообще) — создание прогнозов погоды и изучение климата. Оригинальных моделей для численного прогноза погоды в мире есть всего десяток, и одна из них разрабатывается и развивается в России. Для прогнозов уже требуется отдельный суперкомпьютер, а моделирование климата ещё более трудоёмкая задача: на машинах МСЦ РАН, в частности, сделано ретроспективное воспроизведение изменений климата в 1850-214 г.г. и моделирование вероятных изменений в перспективе до 2100 года, в том числе в зависимости от развития экономики.

Другая актуальная работа, проведённая в МСЦ РАН — моделировании сложных течений разреженного газа в рамках кинетического подхода. Оно применяется сразу в нескольких областях: расчёты поведения космических аппаратов при входе в земную атмосферу и работы микроэлектромеханических устройств (насосы, сопла, системы охлаждения), моделирование методов осаждения тонких плёнок, разработка наноматеиралов и так далее.

Наконец, ещё одна важная и перспективная задача, посильная только суперкомпьютерам — моделирование физических процессов, происходящих в термоядерном реакторе. В частности, на презентации говорилось об исследованиях динамики плазмы в диамагнитном режиме открытой магнитной ловушки. И всё это только малая часть решённых за последние годы задач.

Как правило, новости, касающиеся мира супервычислений, рассказывают о новейших машинах и технологиях, вроде японского монстра Fugaku или американского Summit. Однако и системы старых поколений всё ещё способны существенно помочь науке. На этот раз звездой стал уже далеко не новый кластер Bebop Аргоннской национальной лаборатории — он помог ученым разработать метод превращения бесполезного и даже вредящего климату углекислого газа в полезный этанол.

По меркам мира HPC Bebop уже можно считать настоящим ветераном: первые результаты в TOP500 он внёс ещё летом 2017 года, заняв 118 позицию. По тогдашним меркам эта система Cray серии CS400 могла считаться средоточием новейших технологий и тенденций.

В её основу легло сочетание процессоров Intel Xeon E5-2695 v4 (Broadwell, 18C/36T, 2,1 ‒ 3,3 ГГц, 45 Мбайт кеша) и Xeon Phi 7230 (Knights Landing, 64С/64T, 1,3 ‒ 1,5 ГГц, 32 Мбайт кеша), в качестве системы межсоединений использовалась шина Intel Omni-Path. Сейчас мы знаем, что идея Xeon Phi себя не оправдала, а планы по развитию Omni-Path были отменены самой Intel, но на тот момент это был сплав новейших технологий, способный дать до 1,75 Пфлопс вычислительной мощности.

Новый катализатор синтезируется на основе соединений лития и меди. Ответственный за расчёты — суперкомпьютер Bebop

Несмотрян на то, что к лету 2019 года позиция в списке TOP500 сменилась на 468, а в последнем рейтинге Bebop вообще нет, эта система продолжает использоваться и приносить пользу науке. При этом списывают и разбирают и гораздо более мощные машины.

Группа исследователей из Университета северного Иллинойса сообщила, что ей удалось найти способ превращения углекислого газа и воды в этанол с помощью нового электрокатализатора. Все расчёты при создании этого катализатора производились на Bebop. С помощью нового метода станет возможным производство недорогого топлива из промышленных выбросов, которые сейчас просто вредят атмосфере и оказывают влияние на климат. Подробности опубликованы в выпуске научного журнала Nature Energy от 27 июля. Абстракт исследования содержится также на ResearchGate.

Государственная корпорация «Ростех» сообщила о вводе эксплуатацию нового суперкомпьютера «Фишер» для Объединённого института высоких температур Российской академии наук (ОИВТ РАН).

Проект реализован специалистами Научно-исследовательского центра электронной вычислительной техники (НИЦЭВТ, входит в «Ростех») и компании «Скирус». «Фишер» состоит из 24 вычислительных узлов, каждый из которых включает два процессора AMD EPYC 7301 (16 ядер; 2,2 ГГц), память DDR4 суммарным объёмом 128 Гбайт и SSD-накопители ёмкостью 240 Гбайт.

Комплекс функционирует под управлением SUSE Linux Enterprise Server  12 SP4, а его пиковая производительность составляет 13,5 терафлопс. В вычислительном кластере используется погружная система жидкостного охлаждения, а для объединения узлов системы в единое целое задействован разработанный в России интерконнект «Ангара» ЕС8432 и ЕС8433 .

Сообщается, что «Фишер» — это первый суперкомпьютер, созданный на основе коммуникационной сети «Ангара» в коммутаторном исполнении, что позволяет создавать суперкомпьютеры с большей плотностью компоновки (по сравнению с бескоммутаторным вариантом исполнения) и облегчает монтаж и дальнейшую эксплуатацию вычислительной системы за счёт уменьшения числа используемых для коммутации кабелей.

ОИВТ РАН – один из крупнейших научных центров России в области современной энергетики и теплофизики

«Фишер» будет использоваться сотрудниками Объединённого института высоких температур Российской академии наук для проведения научных исследований и решения задач молекулярной динамики. «В ОИВТ РАН уже несколько лет используется суперкомпьютер DESMOS мощностью 52,24 Тфлопс, созданный на базе предыдущего поколения сети «Ангара», — говорит исполнительный директор госкорпорации Ростех Олег Евтушенко. — Его вычислительные мощности оказались настолько востребованы учёными, что было принято решение о создании «младшего брата» этого суперкомпьютера уже на базе нового поколения коммутационной сети». Комплекс спроектирован под конкретные задачи, но при необходимости возможности «Фишера» могут быть существенно расширены, отмечают разработчики.

В настоящий момент самым мощным суперкомпьютером в России является установленный в МГУ имени М.В. Ломоносова суперкомпьютер «Ломоносов-2» производства компании «Т-Платформы», чья пиковая производительность составляет 4,9 петафлопс, а производительность по данным теста Linpack достигает 2,5 петафлопс. На второй строчке рейтинга с производительностью по Linpack в 1,2 петафлопс фигурирует суперкомпьютер производства компаний «T-Платформы» и CRAY, установленный в главном вычислительном центре Федеральной службы по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды. Замыкает тройку лидеров развёрнутая в МГУ имени М.В. Ломоносова система «Ломоносов» разработки «Т-Платформы», чья производительность на тесте Linpack составляет 901,9 терафлопс.

Венгрия, Португалия и Польша подписали декларацию о совместной работе с другими членами Европейского союза с целью разработки и развёртывания так называемой квантовой коммуникационной инфраструктуры (QCI).

Технология квантовых коммуникаций основана на фундаментальных законах физики. Для обмена данными используются одиночные фотоны, состояния которых безвозвратно меняются при попытке перехвата. Таким образом, незаметно похитить информацию, передающуюся по квантовым каналам, попросту невозможно.

Одной из целей инициативы QCI как раз и является повышение уровня кибербезопасности. Кроме того, проект позволит европейским странам укрепить позиции на рынке квантовых технологий.

Квантовую коммуникационную инфраструктуру планируется развернуть на территории Европейского союза в течение следующих десяти лет.

Отметим также, что ранее инициативу поддержали Бельгия, Германия, Италия, Люксембург, Мальта, Нидерланды и Испания. 

Компании SberCloud, облачный провайдер Сбербанка, и NVIDIA объявили о подписании соглашения о сотрудничестве в рамках Петербургского международного экономического форума 2019 года.

Стороны займутся разработкой и внедрением на российском рынке продуктов и услуг на основе искусственного интеллекта (ИИ). Соответствующее направление в настоящее время считается одним из самых перспективных на глобальном IT-рынке.

В рамках сотрудничества компания SberCloud создает AI Cloud — продукт, построенный на системах NVIDIA DGX-2, высокопроизводительных вычислительных комплексах, созданных специально для решения задач искусственного интеллекта.

Ожидается, что партнёрство SberCloud и NVIDIA позволит сделать услугу Data Science As a Service доступной как для крупнейших российских корпораций, так и для предприятий малого и среднего бизнеса, а также научных и образовательных учреждений.

Пользователи AI Cloud с помощью единого портала управления смогут работать со всеми ключевыми направлениями искусственного интеллекта: анализ и синтез речи, компьютерное зрение, распознавание символов и текстов, система поддержки принятия решений, автоматическое обучение компьютерных систем. 

Достижение исследователей из Института ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН (ИЯФ СО РАН) открывает путь к увеличению пропускной способности оптоволоконных каналов связи, а следовательно, к увеличению скорости интернет-доступа.

Простейшая модель оптоволоконного канала связи обладает двумя параметрами — нелинейностью и дисперсией. Кроме того, на эффективность передачи информации влияют шумы. При заданной мощности входного сигнала и мощности шума указанные параметры определяют тот объём информации, который можно передать по каналу за единицу времени.

Российские специалисты смогли рассчитать максимальную пропускную способность бездисперсионного оптоволоконного канала связи. Учёные предложили оптимальный способ кодирования информации, теоретически позволяющий увеличить скорость передачи данных.

Важно отметить, что результаты расчётов физиков ИЯФ СО РАН уже подтверждены в ходе двух независимых компьютерных экспериментов, основанных на разных методах численного моделирования. Более подробно о проделанной работе можно узнать здесь.

Добавим, что в России ведутся активные исследования в сфере создания новых типов оптоволокна. К примеру, предложено оптическое волокно с сердцевиной квадратной формы, а также оптоволокно для телекоммуникаций, которое может использоваться в широком температурном диапазоне. 

Министерство цифрового развития, связи и массовых коммуникаций Российской Федерации и Проектный офис по реализации национальной программы «Цифровая экономика» провели первую дискуссию в рамках совместного просветительского проекта TechTalks.

Сессия получила название «Будущее искусственного интеллекта: сферы применения и кейсы». Участники в числе прочего озвучили основные препятствия на пути развития электронного разума в России.

По словам специалистов, искусственный интеллект (ИИ) — это новая история и новая фаза эволюции человечества. В ближайшие годы соответствующие технологии окажут колоссальное влияние на ведущие экономики мира. Внедрение средств искусственного интеллекта приведёт к прорывным открытиям во многих областях.

В то же время в нашей стране распространение систем ИИ сдерживается рядом факторов. В частности, топ-менеджеры компаний недостаточно владеют информацией о свежих разработках в области искусственного интеллекта и сталкиваются с отсутствием необходимой инфраструктуры.

Ещё одна проблема заключается в том, что пока многие руководители недооценивают важность систем ИИ и не организовывают должным образом работу с данными.

Так или иначе, по прогнозам экспертов, к 2025 году объём мирового рынка программного обеспечения, использующего алгоритмы искусственного интеллекта, вырастет в 28 раз и достигнет 90 млрд долларов США. 

Окриджская Национальная лаборатория Министерства энергетики США (Oak Ridge National Laboratory) объявила о вводе в строй вычислительной системы Summit — самого производительного на планете суперкомпьютера.

До сегодняшнего дня самым мощным на Земле вычислительным комплексом являлся китайский Sunway TaihuLight, занимающий первое место в ноябрьском рейтинге Тор500. Его быстродействие составляет 93 петафлопса (квадриллиона операций с плавающей запятой в секунду), а пиковая производительность теоретически может достигать 125 петафлопсов.

Представленная на этой неделе система Summit использует гибридную архитектуру CPU–GPU. Она полагается на аппаратные решения IBM и NVIDIA. Пиковая производительность заявлена на уровне 200 петафлопсов.

Новый суперкомпьютер состоит из 4608 вычислительных серверов, каждый из которых содержит два процессора IBM Power9, насчитывающих 22 ядра. Таким образом, суммарное количество вычислительных ядер превышает 200 тыс.

Кроме того, в состав каждого сервера входят шесть ускорителей NVIDIA Tesla V100. Общее количество таких карт в системе составляет более 27 тыс.

Вычислительный комплекс использует в общей сложности свыше 10 Пбайт памяти. Задействованы высокоскоростные соединения. Комплекс затрачивает такое количество энергии, которого хватило бы для удовлетворения потребностей 8100 домохозяйств.

Суперкомпьютер планируется использовать в самых разных областях. Среди них названы: астрофизика, разработка передовых материалов, поиск новых лекарственных препаратов и пр. Система Summit начнёт использоваться для реализации ряда проектов уже в текущем году. 

Объединённый институт ядерных исследований (ОИЯИ) в Дубне сообщил о вводе в эксплуатацию нового вычислительного комплекса, названного в честь Н. Н. Говоруна, с именем которого с 1966 года связано развитие информационных технологий в научно-исследовательской организации. В разработке суперкомпьютера приняли участие сотрудники ОИЯИ, Лаборатории теоретической физики им. Н.Н. Боголюбова, Лаборатории информационных технологий, а также специалисты компаний Intel, РСК, NVIDIA и IBS Platformics.

Пиковая производительность суперкомпьютера им. Н. Н. Говоруна оценивается в 1 Пфлопс. Вычислительные мощности комплекса будут задействованы для решения задач в области физики элементарных частиц, ядерной физики и физики конденсированных сред, а также для реализации масштабного научно-исследовательского проекта NICA (Nuclotron-based Ion Collider facility), целью которого является моделирование момента возникновения Вселенной и изучение свойств плотной барионной материи.

В основу вычислительного комплекса ОИЯИ положена кластерная система на базе архитектуры «РСК Торнадо» с прямым жидкостным охлаждением. Вычислительные узлы суперкомпьютера построены с использованием 72-ядерных серверных процессоров Intel Xeon Phi 7290, процессоров семейства Intel Xeon Scalable (Xeon Gold 6154), плат семейства Intel Server Board S7200AP и S2600BP, твердотельных накопителей Intel SSD DC S3520 с подключением по шине SATA в форм-факторе M.2 и Intel SSD DC P4511 с интерфейсом NVMe ёмкостью 1 Тбайт. Для высокоскоростной передачи данных между вычислительными узлами задействованы контроллеры Intel Omni-Path, обеспечивающие скорость неблокируемой коммутации до 100 Гбит/c, на основе 48-портовых коммутаторов Intel Omni-Path Edge Switch 100 Series.

Все элементы суперкомпьютера (вычислительные узлы, блоки питания, модули гидрорегулирования и др.) имеют встроенный модуль управления, что обеспечивает широкие возможности для детальной телеметрии и гибкого управления. Конструктив шкафа позволяет заменять вычислительные узлы, блоки питания и гидрорегулирования (при условии применения резервирования) в режиме горячей замены без прерывания работоспособности комплекса. При этом большинство компонентов системы (таких, как вычислительные узлы, блоки питания, сетевые и инфраструктурные компоненты и т.д.) — это программно-определяемые компоненты, позволяющие существенно упростить и ускорить как начальное развёртывание, так и обслуживание, и последующую модернизацию системы. Жидкостное охлаждение всех компонентов обеспечивает длительный срок их службы.

О надёжности решений на базе архитектуры «РСК Торнадо» свидетельствует факт промышленной эксплуатации подобного рода систем российскими заказчиками с 2009 года. Кроме нового проекта в ОИЯИ, такие системы установлены и активно используются для моделирования и расчётов широкого спектра научно-исследовательских и реальных промышленных задач в Санкт-Петербургском политехническом университете Петра Великого (СПбПУ), Межведомственном суперкомпьютерном центре Российской академии наук (МСЦ РАН), Сибирском суперкомпьютерном центре (ССКЦ) ИВМиМГ СО РАН, Южно-Уральском государственном университете (ЮУрГУ), Институте океанологии имени П. П. Ширшова РАН, Московском физико-техническом университете (МФТИ), Росгидромете и у других заказчиков из различных отраслей промышленности и направлений деятельности, таких как авиамоторостроение, энергетика, компьютерная графика, нефтегазовая отрасль и другие.

Материалы по теме:

• РСК представила новое поколение суперкомпьютерной системы «РСК Торнадо»;
• РСК вошла в число «Национальных чемпионов»;
• РСК представила мобильный вычислительный комплекс «Поле» с производительностью 40 Тфлопс.

Источники:

• jinr.ru, rscgroup.ru

Исследователи из Московского физико-технического института (МФТИ) предлагают использовать «забытый» материал в качестве основы для высокоскоростного квантового Интернета.

Речь идёт о формировании абсолютно защищённых квантовых каналов передачи данных, которые невозможно прослушать незаметно для отправителя и получателя. Безопасность в таких сетях будет обеспечиваться законами квантовой физики. Дело в том, что невозможно создать копию неизвестного квантового состояния без изменения оригинала. Иными словами, о любом вмешательстве в канал связи моментально становится известно, и незаметно украсть информацию не выйдет.

Передавать данные лучше всего с помощью квантов света — фотонов, несущих квантовые биты. Однако сложность заключается в формировании системы, подходящей для практического использования. К примеру, квантовые точки хорошо работают только при очень низких температурах (около минус 200 °C), а ультрасовременные двумерные материалы, такие как графен, просто не могут часто излучать фотоны при электрическом возбуждении.

МФТИ

Учёные МФТИ предлагают решить проблему за счёт использования уже забытого сегодня в оптоэлектронике материала — карбида кремния. Исследователи показали, как усовершенствовать карбид-кремниевый однофотонный светодиод, чтобы повысить скорость излучения фотонов до нескольких миллиардов в секунду. Это позволяет увеличить до более чем 1 Гбит/с скорость передачи информации по абсолютно защищённому каналу и сделать квантовый Интернет таким же быстрым, как классический.

Подробнее об изысканиях физиков можно узнать здесь.