Коллектив Авторов - Цифровой журнал «Компьютерра» № 41

Графические процессоры не применялись для HPC изначально, так как раньше они обеспечивали высокую производительность только на операциях с одинарной точностью, которой достаточно, например, для обработки видео, но недостаточно для HPC, где требуется двойная точность и коррекция ошибок. Однако Nvidia его усовершенствовали, и теперь он дает больше пиковой производительности на операциях с двойной точностью чем процессоры с архитектурой x86. Из этого получается две вещи: во-первых, вы можете в один шкаф уместить больше терафлопсов, а во-вторых, вы получаете феноменальное соотношение производительности к энергопотреблению, которое напрямую зависит от плотности.

У нас в стойке с этим решением получается 105 Тфлопс пиковой производительности, тогда как для процессоров х86 это максимум 27Тфлопс. И энергоэффективность получается 1450 мегафлопс на ватт, что на данный момент почти вдвое лучше, чем у самой эффективной на данный момент системы в мире согласно списку Green500, где суперкомпьютеры рейтинга Тор500 ранжируются не по производительности, а по соотношению флопс на ватт.

Это не столько модная тема, сколько действительно технологическая необходимость по одной простой причине: дальнейшее расширение производительности систем, к которому все стремятся, невозможно без принципиально новых решений для улучшения энергоэффективности систем.

Сейчас бессмысленно пытаться строить суперкомпьютер мощностью в экзафлопс (в 1000 раз мощнее чем сейчас) не только потому, что к такой масштабируемости не готовы программные пакеты, но и потому, что такая машина будет иметь энергопотребление сравнимое с потреблением небольшого города.

Эксперты американского Министерства Энергетики, которое поддерживает разработки в области экзафлопс, поставили определенный предел энергопотребления для таких систем — 20 мегаватт. Но при тех технологиях, которые сейчас есть, с учетом их прогнозируемого развития, мы сильно не дотягиваем до этого порога. Экзафлопс будет потреблять на порядок больше, если не будет придумано что-то кардинально другое.

Поэтому, все разработки сейчас направлены на то, как снизить энергопотребление и увеличить вычислительную мощность, которую мы получаем за эту энергию.

Сейчас эффективность лучшей системы в мире — 773 Мегафлопс на ватт. Это система в Суперкомпьютерном центре Юлиха в Германии с очень специфической архитектурой на базе процессоров Cell, которые совместимы с довольно узким спектром приложений и на данный момент больше не выпускаются. Nvidia сейчас обходит всех по этому параметру, но его совместимость с существующими приложениями, конечно, тоже ограничена, хотя и не так сильно.

Приложения нужно адаптировать к архитектуре графических процессоров, хотя в случае с NVidia и средой разработки CUDA это проще, чем с Cell. От того, как разработчик ПО использовал эту архитектуру, ее особенности и возможности, зависит, насколько большое ускорение своих расчетов он реально получит. Сейчас количество адаптированных к NVidia приложений набрало некоторую критическую массу, на наш взгляд, и сентябрьская выставка GTC в Америке это подтвердила. Самый популярный инженерный пакет ANSYS, например, для некоторых задач обеспечил поддержку Tesla, и многие другие вендоры активно движутся в этом направлении.

- А помимо МГУ кто сейчас ваши основные заказчики?

- Пока это в основном университеты и исследовательские институты. В У вузов всегда был высокий интерес к новому оборудованию, у них есть время и человеческие ресурсы чтобы осваивать новые решения. К счастью, например, в 2006 году вузы получили возможность приобретать суперкомпьютеры благодаря поддержке государства: была специальная программа, по которой вузы могли получить средства на развитие инновационных программ, многие из которых включали развитие в области высокопроизводительных вычислений. Томский ГУ был одним из таких вузов и многие их них стали нашими клиентами. Конечно, суперкомпьютерами пользуются и другие государственные организации, которые, например, ведут исследования в области безопасности.

У нас есть и база промышленных заказчиков — это такие предприятия как ЛМЗ, ОКБ «Сатурн», нефтесервисная компания и разработчик ПО для нефтеразведки Paradigm Geophysical, ЦНИИ им. Крылова, с которым мы сейчас сотрудничаем по линии «Т-Сервисов», недавно появились новые заказчики из нефтедобывающего сектора в Казахстане. Однако промышленных заказчиков пока не так много, и это чаще всего КБ и НИИ, а не собственно производственные компании.

Это обусловлено тем, что у коммерческого сегмента с HPC в Росси пока не очень складываются отношения. Пока этими технологиями пользуются те немногие предприятия, которые активно занимаются новыми разработками на мировом уровне. Таких немного, и у некоторых из них давно сформировалась такая вещь, например, как корпоративный стандарт вендора в IT. Например, на предприятии могут стоять рабочие станции IBM либо HP, а также масса другого оборудования, которое производят эти компании. В этом случае за суперкомпьютером они скорее всего обратятся к тому же вендору.

Тем более, если им для промышленных задач не нужна в настоящий момент сверхпроизводительность, высокая плотность или энергоэффективность. Они могут купить стандартную среднюю систему и соответствовать «корпоративному стилю». Наша специализация — это все-таки hi-end, это нечто новаторское, чего не делают другие вендоры, нечто, что тем, кто ставит для себя амбициозные цели в суперкомпьютинге.

Мы, правда, развиваем сейчас и линейку продуктов в среднем диапазоне производительности — там где сейчас лидируют HP, Dell, Supermicro. В будущем году мы выводим на рынок сразу несколько решений для этого сегмента, с очень хорошим соотношением цены и производительности, а также мини-суперкомпьютер в настольном форм-факторе.

В России, собственно говоря, как и во всем мире, существует очень широко сейчас обсуждаемая тема, которую называют missing middle (недостающая середина). Средние и менее производительные решения в основном для них. Это множество компаний, которые применяют компьютерное проектирование, но не перешли еще на высокопроизводительные вычисления. Но, как я уже говорила, для того, чтобы облегчить им этот переход, просто эффективных с точки зрения цены аппаратных решений недостаточно.

В Америке есть сразу несколько механизмов, помогающих компаниям — в основном они касаются доступа к большим суперкомпьютерам на конкурсной основе. В Европе есть свои механизмы. Еврокомиссия например поддерживает масштабный многолетний проект под названием PRACE, в рамках котрого должна быть построена новая европейская суперкомпьютерная инфраструктура и обеспечен доступ к ней, в частности, для промышленности. Науку в этом смысле они поддерживают давно. Например по программе HPC Europa Еврокомиссия оплачивает суперкмопьютерным центрам процессорные часы и некоторые консалтинговые услуги для исследований, которые по конкурсу получили право на использование той или иной машины, а также оплачивает проживание и транспротные расходы для исследователей.