РФЯЦ-ВНИИЭФ: отечественный суперкомпьютер КС-ЭВМ АПК-1

27 декабря 2011
«КС-ЭВМ 1»

Одно из направлений работы ВНИИЭФ - проектирование и создание высокопараллельных суперкомпьютеров высокой производительности для использования в вооруженных силах РФ. Данные компьютеры имеют высокую надежность функционирования при постоянной круглосуточной работе, обеспечиваются гарантийным сопровождением и модернизацией для качественного поддержания компьютерной техники на передовом уровне развития электронно-вычислительной техники, и обновления программного обеспечения.

Работы в данном направлении уже дали положительный результат – создан полноценный вычислительный центр на предприятии министерства обороны. Центр создали с применением новейших технологий в области ЭВМ и программного обеспечения собственной разработки и программ оптимизированных для работы на высокоскоростных компьютерах.

КС-ЭВМ АПК-1

Согласно президентской программы «Развитие суперкомпьютеров и грид-технологий» ВНИИЭФ разработала аппаратный программный комплекс высокого класса терафлопной мощности.

«КС-ЭВМ 1» выполнен как компактная универсальная многопроцессорная «КС-ЭВМ». Он оснащен программным и прикладным обеспечением производства РФЯЦ-ВНИИЭФ.

«КС-ЭВМ 1» предназначен для решения задач трехмерного моделирования и имитации. Это уменьшит время инженерных и конструкторских расчетов при проектировании и создании новейших проектов технических решений на предприятиях, заводах, ОКБ и НИИ в высокотехнологичной сфере и увеличит точность данных расчетов.

Отечественным разработчикам удалось создать уникальную ЭВМ. Практически АПК-1 является мечтой конструктора для расчета современных проектов.

Небольшие габариты КС-ЭВМ 1, дают возможность установить его в любом рабочем месте, просто обычные суперЭВМ по габаритным размерам похожи на небольшую отдельную комнату. КС-ЭВМ 1 не потребует дополнительных систем, например систему охлаждения, ни специального технического персонала. Можно сказать, что это практически немного увеличенный персональный компьютер. К плюсам КС-ЭВМ 1 относятся уменьшенные шумовые характеристики и малое энергопотребление. Так АПК-1 потребляет порядка 1.8 КВт, что намного меньше потребления зарубежных аналогов и предыдущих суперЭВМ.

Программный комплекс дает возможность проводить разработку, настройку и выполнение приложений, выполненных на таких машинных языках как «Fortran-90», «С++» и «С», которые используют средства ОМР и MPI. Осуществлена возможность использовать программные решения в параллельном, последовательном одно и много пользовательском режиме.

«КС-ЭВМ 1» обеспечен кластерной MIMD-архитектурой с назначенной памятью, высокопроизводительной системой между процессорных обменов данными, поддерживает архитектуру х86.

Основа суперкомпьютера «КС-ЭВМ 1» многоядерные микропроцессоры компании AMD объединенных в высокоскоростную сеть посредством технологии «InfiniBand QDR».

Система между процессорных обменов данными с прямой коммутацией основана на фирменной версии программного обеспечения разработанного РФЯЦ-ВНИИЭФ.

 

 

Основные характеристики КС-ЭВМ АПК-1:

  • длина 650 мм;
  • ширина 325 мм;
  • высота 752 мм;
  • производительность 1.1 Тфлопс;
  • оперативная система Linux;
  • электропитание 220 В;
  • частота 50 Гц;
  • система охлаждения – жидкостная;
  • монитор 24-дюймовый ЖК;
  • привод Blu-Ray;
  • картридер;
  • клавиатура и мышка.
  • ориентировочная цена 1.45 миллионов рублей

Дополнительная информация

Аналогичное компьютерное решения зарубежного производства стоит минимум в два раза дороже.

В 2010 году на данную программу было предоставлено 1.1 миллиард рублей. В 2011 году – 1.5 миллиардов рублей.

В прошлом году 15 данных суперкомпьютеров передали 11 отечественным ОКБ, предприятиям и заводам, участвующий в программе «Развитие суперкомпьютеров и ГРИД-технологий». 50 процентов стоимости машин заплатило государство.

РФЯЦ-ВНИИЭФ также собрал 6 КС-ЭВМ АПК-1 для продажи на коммерческой основе.

Программа рассчитана на производство 52 «КС-ЭВМ». Большая часть которых, будет продана на коммерческой основе.

Предполагаемая заинтересованность отечественных предприятий около 100 Тфлопс.

Планируется выпустить в этом году «КС-ЭВМ» производительностью 3 Тфлопс, создан опытный образец.

Был также построен сверхкомпьютер с производительностью в 1 Пфлопс, анонсируют который, скорее всего в марте следующего года.

К данному компьютеру уже удаленно подключили ряд предприятий, проводятся тестовые удаленные испытания.

В 2011 г. РФЯЦ-ВНИИЭФ планирует выпустить модификации «персоналок» мощностью 3 и 5 Тфлопс с использованием графических процессоров. По словам директора РФЯЦ-ВНИИЭФ Валентина Костюкова, в промышленности уже сформирован заказ на 52 универсальных персональных суперкомпьютера. Как пояснил Егоршин в разговоре с CNews, часть стоимости этих систем предприятиям-участникам программы также профинансирует государство.

Президентская программа «Развитие суперкомпьютеров и ГРИД-технологий» была утверждена в 2009 г. и рассчитана на 2010-2012 г.г. За ее реализацию отвечает госкорпорация «Росатом», РФЯЦ-ВНИИЭФ выполняет работы по контрактам с «Росатомом».

РФЯЦ-ВНИИЭФ был основан в 1946 г. для реализации советского атомного проекта и разработал первые отечественные атомные и водородные бомбы. Как и раньше, сейчас основная задача института заключается в обеспечении надежности и безопасности ядерного оружия. Центр занимается и гражданскими исследованиями и разработками – например, в области математического моделирования с помощью высокопроизводительных систем, фундаментальных и прикладных исследований в разных областях науки, исследований прочности и стойкости различных видов техники и т. д.

В 2010 г. на программу по развитию суперкомпьютеров было выделено 1,1 млрд руб., в 2011 г. финансирование будет увеличено до 1,47 млрд руб., сообщил Костюков, выступая с докладом об итогах деятельности центра.

Программа предполагает также предоставление российским предприятиям вычислительных мощностей в режиме удаленного доступа. Ранее сообщалось, что в 2011 г. РФЯЦ-ВНИИЭФ планирует ввести в строй суперкомпьютер мощностью 1 Пфлопс, из которого порядка 300 Тфлопс выделить сторонним предприятиям. Как сообщил CNews источник, знакомый с деятельностью РФЯЦ-ВНИИЭФ, этот суперкомпьютер уже построен, и сотрудники обсчитывают на нем некоторые задачи, а его официальный анонс ожидается в марте.

В дальнейшем, по словам того же источника, планируется создание суперкомпьютера на 10-15 Пфлопс ориентировочно к 2014-2015. В этом году, по данным собеседника CNews, планируется представить в правительство обоснование проекта, чтобы с 2012 г. получать необходимое финансирование. Оценка объемов финансирования не сообщается.

Дополнительные уточнения для специалистов:

а) Пиковая производительность разработанной универсальной (т.е. на платформе x86-64) компактной супер-ЭВМ (КС-ЭВМ 1, "персональный суперкомпьютер") составляет 1,1 Тфлопс на арифметических операциях двойной точности. Энергопотребление от 0,7 до 2,2 кВт (как эл. чайник) в зависимости от загрузки вычислительного поля. Цена от 1,45 млн. рублей в зависимости от аппаратной и программной комплектации (зарубежные аналоги типа Cray XT дороже в 2-4 раза!). Т.е. отечественная разработка уникальна, прежде всего, по совокупности параметров.

б) Пиковая производительность разработанной специализированной компактной супер-ЭВМ на базе арифметических ускорителей ("персональный компьютер специального назначения") составляет 3,5 Тфлопс на арифметических операциях двойной точности. Энергопотребление до 1,5 кВт. Цена от 400 тыс. рублей в зависимости от аппаратной и программной комплектации. Здесь также, как и в универсальных КС-ЭВМ 1, используется уникальная воздушно-водяная система охлаждения, позволяющая достаточно бесшумно (45-50 дБ на расстоянии 1 м - уровень шумности ПК) работать в обычных условиях офиса. Ремарка: разработка в 0,7 Тфлопс с чисто воздушным охлаждением имела место быть в качестве опытного образца 2009 года.

в) Дополнительно к корпусу, плотной компоновке узлов и системе охлаждения КС-ЭВМ 1 в РФЯЦ-ВНИИЭФ разработаны специализированное системное ПО, обеспечивающее, например, эффективный буфферизуемый обмен сообщениями между тремя платами с безкоммутаторным двухпортовым соединением InfiniBand (стандартные реализации MPI здесь просто не работают), полноценный "front-end" с графическим интерфейсом для многопользовательского режима работы в локальной сети предприятия, включающий подсистемы автоматизированного управления очередями заданий, автоматического сбора статистики (по эффективности распараллеливания и загрузки вычислительных ресурсов исполняемыми заданиями), трассировки, параллельной отладки, масштабируемого (!) ввода-вывода данных, табличной и 3D-визуализации и т.д.

г) Самое главное - импортозамещающее отечественное прикладное ПО (результат конверсии оборонных наработок в гражданский сектор), позволяющее эффективно (50-70% от пиковой производительности) использовать вычислительные ресурсы супер-ЭВМ с распределенной памятью при решении наукоемких промышленных задач.

д) Передача КС-ЭВМ 1 "предприятиям – участникам президентской программы" осуществляется на паритетной основе (с учетом внебюджетного софинансирования функциональными заказчиками) исключительно для отработки (адаптации, верификации и валидации) разрабатываемого в рамках программы прикладного ПО с целью проектирования и отработки перспективной инновационной техники (в первую очередь двойного назначения) высокотехнологичных отраслей промышленности (авиастроение, автомобилестроение, атомная энергетика и ракетно-космическая отрасль).

е) В 2011 г. РФЯЦ-ВНИИЭФ планирует выпустить модификацию КС-ЭВМ производительностью 3 Тфлопс (уже выпущен технический проект) и разработать тех. предложение на КС-ЭВМ 5 Тфлопс исключительно на универсальной x86-64 платформе. Количество вычилистельных узлов (мат. плат) будет больше трех, поэтому безкоммутаторное соединение уже будет невозможным и предполагается использование специализированной системы межпроцессорных обменов (СМПО) собственной разработки и производства на базе ПЛИС (FPGA) с пропускной способностью канала 20-40 Гбит/с. В 2010 году произведены опытные образцы СМПО с пропускной способностью канала 10 Гбит/с.

ж) Из обозначенного заказа 52 комплектов КС-ЭВМ в рамках программы предполагается поставка 4 КС-ЭВМ, остальное исключительно на коммерческой основе.

з) Реальная потребность каждого из предприятий высокотехнологичных отраслей промышленности в вычислительных мощностях супер-ЭВМ в 2011 году оценивается на уровне 40-100 Тфлопс.