Суперкомп'ютери РСК | Як і де це працює
Нові суперкомп'ютерні технології добрі не тільки для рекордів, вони відмінно масштабуються на будь-які обчислювальні завдання для бізнес-обчислень, виробництва, науки та інших ресурсоємних додатків. Впровадження систем нового покоління - це економія витрат на обладнання, монтаж і обслуговування, недоступні раніше для середніх компаній і установ можливості.
Рішення на базі кластерної архітектури "РСК Торнадо" з рідинним охолодженням експлуатуються російськими замовниками протягом більше шести років. "РСК Торнадо" використовуються для моделювання та розрахунків науково-дослідних і промислових завдань в Санкт-Петербурзькому політехнічному університеті Петра Великого (СПбПУ), Міжвідомчій суперкомпьютерном центрі Російської Академії Наук (МСЦ РАН), Південно-Уральському державному університеті (ЮУрГУ), Московському фізико технічному університеті (МФТІ), Росгідрометі і у інших замовників з різних галузей промисловості.
Найбільш потужна з нині експлуатованих сьогодні систем на технології "РСК Торнадо" під назвою "Політехнік РСК Торнадо" встановлена і експлуатується в СПбПУ. Суперкомп'ютерний гібридний комплекс має піковою продуктивністю понад 1,1 Пфлопс.
Гібридний комплекс "Політехнік РСК Торнадо" складається з 712 двопроцесорних вузлів, що включають 1424 серверних процесора Intel Xeon E5-2697 v3 (14 ядер з тактовою частотою 2,6 ГГц), серверні плати Intel S2600KP і Intel S2600WT, накопичувачі Intel SSD DCS3500. Ресурси цього суперкомп'ютера дозволяють вирішувати обчислювальні завдання і забезпечують хмарні, VDI і графічні сервіси, в тому числі для робочих місць з інтенсивним використанням 3D-графіки.
Комплекс займає 3 місце в списку Top50 найпотужніших російських суперкомп'ютерів, 2 місце серед вітчизняних систем в світовому рейтингу HPCG, 131 місце в списку найбільш потужних обчислювальних систем світу Top500 і входить до світового рейтингу найбільш енергоефективних суперкомп'ютерів Green500 з кращим в списку показником серед всіх російських систем .
Друга частина гібридного комплексу СКЦ СПбПУ складається з надщільного масивно-паралельної системи "Політехнік RSC PetaStream" з прямим рідинним охолодженням і піковою продуктивністю 295 Тфлопс. Цей суперкомп'ютер показав продуктивність 170,5 Тфлопс на тесті LINPACK, він займає 8 місце в списку Top50 найпотужніших російських суперкомп'ютерів, входить до світового рейтингу HPCG і в список найбільш енергоефективних суперкомп'ютерів світу Green500. Ця система побудована на базі 60-ядерних процесорів Intel Xeon Phi 5120D, серверних плат Intel і твердотільних накопичувачів Intel SSD DCS3500.
Системи "Політехнік РСК Торнадо" і "Політехнік RSC PetaStream" об'єднані в єдиний обчислювальний комплекс високошвидкісний комутаційної мережею InfiniBand FDR. До складу комплексу входить паралельна СГД на базі розподіленої файлової системи Lustre, здатна розміщувати 1 Пб даних, а також блочне сховище для хмарних середовищ об'ємом 0,5 Пб. Обидва сховища використовують серверні технології на архітектурі Intel.
У рішеннях "РСК Торнадо" і RSC PetaStream реалізовані розширені програмно-апаратні функції моніторингу та управління на базі інтегрованого стека ПО "РСК Базис". Технологія Intel Node Manager використовується для контролю і моніторингу енергоспоживання кожного вузла, що дозволяє реалізовувати гнучкі політики оптимізації управління енергоспоживанням, скорочувати витрати на електрику і експлуатацію обчислювальних систем.
Cуперкомпьютер "Політехнік РСК Торнадо" використовується для прямого чисельного моделювання взаємодії ударної хвилі з турбулентним пограничним шаром в трансзвуковом потоці. Визначення критичних значень кута атаки і числа Маха потоку, при яких починається "трансзвуковой бафтинг", важливо для режимів крейсерського польоту цивільних авіалайнерів, а виникаючі при цьому нестаціонарні навантаження на крило можуть становити значну загрозу для безпеки польотів.
Розмір розрахункової сітки завдання досягає 8,7 мільярда осередків. При вирішенні даного завдання на суперкомп'ютері "Політехнік РСК Торнадо" отримані дуже хороші результати - питома продуктивність на одне ядро виявилася в 5,3 рази, a на один обчислювальний вузол - в 9,3 рази вище, ніж на суперкомп'ютері Mira (Argonne National Laboratory, USA), що займає 5 місце в світовому рейтингу Top500.
На суперкомп'ютерах "Політехнік РСК Торнадо" і "Політехнік RSC PetaStream" методами молекулярної динаміки за допомогою програмного комплексу GROMACS проводяться дослідження механізму виникнення холодоадаптірованності і температурочувствітельной вірусу грипу. Віруси грипу А, що володіють властивістю холодоадаптівной термочутливості, можуть застосовуватися в якості так званих живих вакцин, так як вони можуть відтворюватися в інкубаторі при низькій температурі (наприклад, при + 26С), але при цьому вони не здатні до відтворення при температурі тіла людини (+ 37С ), тобто не здатні до зараження.
В якості моделі використовувався филамент, що складається з білка NP, що забезпечує упаковку і зберігання вірусної РНК. Розмір такої системи склав 2,7 мільйона атомів. Для того, щоб отримати одну траєкторію молекулярної динаміки такого філамента на часи порядку 200 нс (наносекунд) було потрібно близько 15 днів, що для систем такого розміру є хорошим результатом при використанні сучасних обчислювальних систем. Кілька років тому для цього треба було б 1-2 місяці. Робота виконується вченими Петербурзького інституту ядерної фізики НДЦ "Курчатовський інститут" (ПІЯФ НДЦ КІ) спільно з ФГБУ "НДІ грипу" МОЗ Росії і СПбПУ.
На масивно-паралельній системі "Політехнік RSC PetaStream" співробітники Інституту обчислювальної математики і математичної геофізики Сибірського відділення РАН (ІВМіМГ СО РАН) продовжують дослідження в області гідродинамічного моделювання різномасштабних астрофізичних процесів за допомогою розробленого ними програмного комплексу AstroPhi.
В середньому кожна галактика здійснює до десяти зіткнень за Хаббловском час. Суперкомп'ютерних моделювання таких процесів - єдиний спосіб їх вивчення. На системі "Політехнік RSC PetaStream" вдалося не тільки змоделювати зіткнення галактик в рекордному дозволі при використанні понад мільярд розрахункових осередків, а й провести важливі дослідження процесів зореутворення, ефекту наднових, охолодження, нагрівання і хімічної еволюції галактик, що зіштовхуються. Завдяки продуктивності і масштабованості системи "Політехнік RSC PetaStream" досягнуто значне скорочення часу моделювання, при досить високому просторовому вирішенні близько 100 парсек.
В якості апаратної платформи для роботи з програмними комплексами класу CAE, CAM, CAI було представлено кластерне рішення "РСК Торнадо" з прямим рідинним охолодженням на процесорах сімейства Intel Xeon Phi 7200 (Knights Landing). Ці ж рішення можуть бути реалізовані на серверних чіпах Intel Xeon E5-2600 v4.