18-й Top 50, ПаВТ-2013 и перспективы рынка суперкомпьютеров в России

В апреле в Челябинске прошла очередная конференция "Параллельные вычислительные технологии (ПаВТ) 2013", которую в этом году посетил основатель и куратор самого известного рейтинга мощнейших вычислительных систем мира Top 500, профессор университета Теннеси Джек Донгарра. На мероприятии была представлена 18-я редакция младшего брата его детища - рейтинга мощнейших систем России и СНГ Top 50, которая традиционно дает экспертам повод оценить состояние и перспективы отечественного рынка высокопроизводительных вычислений (HPC).

Конференция и рейтинг

Конференция ПаВТ считается в России одним из двух крупнейших мероприятий подобного рода, а визит г-на Донгарры, как надеются организаторы, сможет поднять ее на новый уровень. Генеральный директор компании "РСК Технологии" Александр Московский справедливо отмечает, что зарубежный гость является не только заметной фигурой в мире, но и истинно независимым экспертом, поэтому есть шанс, что о ПаВТе появятся англоязычные публикации в СМИ и о конференции узнают за пределами нашей страны.

Программное выступление г-на Донгарры вряд ли стало для кого-то откровением, однако его доклад более чем наглядно продемонстрировал, насколько быстро развиваются технологии: обычный пользовательский ноутбук профессора, с которого он демонстрировал презентацию, судя по представленной статистике, двадцать лет назад оказался бы на первом месте в Top 500.

Отечественный рейтинг Top 50 столь долгой историей не обладает, однако и по его данным эксперты могут сделать ряд концептуальных выводов. Обратимся к цифрам. За последние полгода, прошедшие с предыдущей редакции списка, суммарная производительность представленных в нем систем в стандартном тесте Linpack выросла с 2568,66 до 3355,9 Тфлопс. Суммарная пиковая производительность увеличилась с 4452,32 до 5707,4 Тфлопс.

Лидером остался гибридный суперкомпьютер МГУ "Ломоносов" производства компании "Т-Платформы". Его пиковая производительность составляет 1700,21 Тфлопс, по Linpack - 901,9 Тфлопс. На втором месте списка оказался новый суперкомпьютер МВС-10П производства группы компаний РСК, установленный в Межведомственном суперкомпьютерном центре (МСЦ) РАН и построенный с применением новых сопроцессоров Intel Xeon Phi: 523,83 и 375,70 Тфлопс соответственно. В третьей строчке расположилась новая система Hewlett-Packard с неуказанным местом базирования: 317,40 и 160,90 Тфлопс. Четвертое место закрепилось за новой инсталяцией "РСК Торнадо" в Южно-Уральском государственом университете (ЮУрГУ): 236,82 и 146,80 Тфлопс. И замыкает первую пятерку еще одна система Hewlett-Packard из МСЦ РАН (227,84 и 119,93 Тфлопс).

Как отмечают кураторы Top 50, в рейтинге продолжают доминировать системы, построенные на процессорах Intel. Их число увеличилось с 45 до 46. На процессорах AMD построено три системы - на одну меньше, чем в предыдущей редакции списка. На процессорах IBM - одна. Число гибридных систем, использующих для вычислений графические процессоры, уменьшилось с 15 до 14, однако появились две системы с ускорителями Intel Xeon Phi. Количество инсталляций, задействующих более 1024 традиционных процессорных ядер в системе, выросло с 43 до 47.

Число компьютеров, использующих для взаимодействия узлов лишь коммуникационную сеть Gigabit Ethernet, увеличилось с 13 до 15, а число систем, использующих InfiniBand, уменьшилось с 35 до 33.

Количество систем, используемых в науке и образовании, уменьшилось с 24 до 22; систем, ориентированных на конкретные прикладные исследования, увеличилось с 6 до 8; число систем, используемых в промышленности, осталось равным пяти, а в финансовой области - трем.

По количеству машин, входящих в список, лидируют IBM, уменьшившая свою долю с 18 до 17 систем, и HP, сохранившая долю в 16 систем. Далее идет компания "Т-Платформы", уменьшившая свою долю с 9 до 8 суперкомпьютеров, за ней - группа РСК, увеличившая свое присутствие в списке с 3 до 5 машин.

Рассматривая рейтинг в долгосрочной ретроспективе, директор по развитию корпоративных проектов Intel в России и СНГ Николай Местер отмечает, что за последние годы на фоне традиционно доминирующих кластеров научно-исследовательского назначения в Top 50 начинают появляться и промышленные системы. Явно заметно и увеличение доли суперкомпьютеров российского производства (причем на первых местах). По словам г-на Местера, еще пять-семь лет назад на фоне тотального превосходства HP и IBM отечественные системы были явной редкостью, да и то в основном речь шла о примитивной пользовательской сборке кластеров - не более того.

Директор технологического сектора высокопроизводительных вычислений Intel в регионе EMEA Андрей Семин обращает внимание на стоимость так называемого входного билета в рейтинг. Совсем недавно попасть на последние строчки Top 50 можно было, просто состыковав несколько машин, которые имелись в организации. Теперь так сделать не удастся: система на 50-м месте обладает производительностью по тесту Linpack в 12,36 Тфлопс. То есть, как поясняет г-н Местер, сегодня попадание в Top 50 означает, что ты начал заниматься HPC более или менее серьезно. Рейтинг повзрослел, и определенным образом созрел российский рынок - на нем начинают появляться профессионалы.

Рассмотрим отечественный рынок с точки зрения потребителя.

Сегментация рынка

По уверению г-на Семина реальный суперкомпьютинг рамками рейтингов отнюдь не ограничен. Областью применения HPC целесообразно называть задачи моделирования продуктов и процессов, которые могут быть формализованы алгоритмически и требуют вычислительных ресурсов больше, чем может предоставить один обычный компьютер. Для решения упомянутых задач требуется объединение процессоров или создание заново больших машин. Если вычислительных узлов в системе хотя бы четыре (и этого достаточно), это уже HPC. В Top такая система не войдет, но она определенно принадлежит к области высокопроизводительных вычислений.

С точки зрения г-на Семина, более или менее точная сегментация рынка выглядит следующим образом. Изрядную долю берет на себя государство. Это и военно-промышленный комплекс, и прогнозирование погоды (одна из старейших задач для HPC), и академический сектор, в том числе завязанный на фундаментальную науку (проверка гипотез и пр.).

В прикладной сфере, в бизнесе особое место традиционно занимает область нефтегазовых вычислений (обработка сейсмических данных и моделирование резервуаров). Помимо этого г-н Семин отмечает сектор, связанный с инженерными расчетами, - в первую очередь авто-, мото- и авиастроение. Еще одна область применения - биоинформатика, иногда в связке с химией, и отдельно - моделирование материалов и химических производств. Заслуживает внимания и сфера финансовых вычислений (речь не о банковских транзакциях, а о моделировании поведения рынка и устойчивости портфелей, аналитике). Это лишь основные секторы. На самом деле, как уверяет г-н Семин, рынок гораздо шире - вплоть до текстильной промышленности и ритейла. Например, если вы сегодня придете в дизайнерское бюро заказывать очень-очень дорогую мебель, то гарнитур не просто будет отрисован, но и наверняка сложным образом рассчитан.

Перспективы

По мнению Николая Местера, российский суперкомпьютерный рынок за последние десять лет изменился радикально. В начале 2000-х существовало всего несколько его очагов: Росгидромет, МСЦ РАН, Курчатовский институт - и по сути всё (за исключением, быть может, закрытых ведомств с их непубличными задачами). При этом, конечно, существовала определенная культура применения вычислительных средств в авиационной промышленности, но это вряд ли с полным правом можно назвать HPC. Скорее речь шла об использовании средств автоматизации и, скажем так, различного характера пакетов в рамках одной рабочей станции, одного сервера и т. д. Полноценная же культура применения высокопроизводительных вычислений (создание единых надежных решений на базе множества отдельных ненадежных элементов), как уверяет г-н Местер, росла буквально на наших глазах.

За прошедшие годы повысилась доступность технологий - "флопсы" стали значительно дешевле, проще и стандартнее. В итоге многие компании, которые раньше не могли позволить себе вычисления, теперь рассматривают такую возможность. Как считает г-н Местер, с некоторых пор наш рынок постепенно начал повторять пути развития рынков Европы и США - как с точки зрения принципов и подходов (государство стало вкладывать деньги похожим образом: в программы, в создаваемые им центры и т. д.), так и с точки зрения коммерческого применения. Например, во всем мире давно известен Голливуд с его визуальными компьютерными эффектами, но с недавнего времени и в России появилось множество компаний, которые занимаются созданием цифрового контента (компьютерной графики и рекламы). Рынки похожи, уверен г-н Местер. Просто российская экономика меньше - где-то в разы, где-то на порядки. Но это все равно вселяет определенную надежду, что мы все же когда-нибудь интегрируемся в мировое сообщество. (При перпендикулярных рынках сделать это было бы практически невозможно.)

Николай Местер уверен, что рано или поздно наше государство начнет все-таки вкладывать деньги в реальный сектор экономики, а в России к тому времени уже появится костяк людей, которые смогут стать основой для полноценного HPC-рынка. Лет пять-семь назад кадров практически не было совсем. В известный период старая школа уехала за рубеж почти в полном составе. Заменить этих людей сложно, но, как считает г-н Местер, с чего-то нужно и уже можно начинать.