использование центра высокопроизводительных вычислений

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЦЕНТРА ВЫСОКОПРОИЗВОДИТЕЛЬНЫХ ВЫЧИСЛЕНИЙ
КАЗАНСКОГО НАУЧНОГО ЦЕНТРА РАН В КОМПЬЮТЕРНОЙ ХИМИИ
ENGAGEMENT OF THE CENTER FOR HIGH SPEED COMPUTATIONS OF THE KAZAN SCIENTIFIC
CENTER OF THE RUSSIAN ACADEMY IN COMPUTERIZED CHEMISTRY
Г.А.Шамов, М.Н.Астафьев
Казанский научный центр РАН, Казань
Тел.: (8432) 99-00-14, факс: (8432) 95-34-52, e-mail: gas@iopc.knc.ru
В рамках ФЦП "Интеграция" в Казанском научном центре РАН создан Центр высокоскоростной обработки
информации, оснащённый вычислительным кластером на базе рабочих станций Compaq Alpha, под управлением ОС
Linux. Кластер объединяет одну двухпроцессорную станцию DS20E (2*ev67/667 МГц, ОЗУ 512 Мб, SCSI диск объёмом
28 Гб) и семь станций DS10L (ev6/466 МГц, ОЗУ 256 Мб, 10 Гб EIDE диск), связанных посредством 100BaseT Ethernet.
Удалённый доступ пользователей к кластеру осуществляется по протоколам ftp и telnet.
Вычислительный кластер наиболее востребованным оказался со стороны исследователей-химиков. В современной
химии компьютерное моделирование (квантово-химическое, молекулярно-механическое) процессов и явлений играет
весьма важную роль. В то же время расчёты сколько-нибудь интересных с точки зрения химика систем весьма
ресурсоёмки, требуют большого объёма оперативной памяти, дискового пространства и процессорного времени. С
ростом размера задачи потребности в ресурсах быстро возрастают, например, для неэмпирических квантовохимических расчётов – пропорционально размеру базиса в 3-4 степени. Поэтому для задач компьютерной химии всегда
будет актуальной проблема повышения производительности компьютеров.
На сегодняшний день наиболее доступным путём повышения производительности является создание кластеров ПК
или рабочих станций. Большинство современных программ для квантово-химических и молекулярно-механических
расчётов способны к параллельным вычислениям, что делает возможным их использование в подобных кластерах.
Поэтому вычислительные возможности кластера Центра высокоскоростной обработки информации дают
исследователям-химикам весьма привлекательные возможности для решения их сложных задач. На кластере
установлены и используются квантово-химические пакеты программ GAMESS [1] и NWChem [2]. Управление заданиями
производится при помощи системы пакетной работы NQS [3]. Измерены времена выполнения некоторых характерных
задач в зависимости от числа используемых узлов кластера. Оптимальное число процессоров на одну задачу
оказывается различным для различных программ и типов задач.
Опыт использования кластера в многопользовательской среде выявил, что проблемой оказывается правильное
планирование пользователями требуемых для их задач ресурсов, с тем, чтобы обеспечить максимальную
эффективность расчетов. Определены также проблемы планирования использования ресурсов кластеров, обеспечения
полной загрузки всех узлов кластера в многопользовательском и многозадачном режиме.
Квантово-химические расчеты, выполненные с использованием вычислительного кластера КазНЦ РАН в рамках
научных исследований, подтвердили высокую эффективность параллельных технологий. Сокращение времени
вычислений до приемлемых значений позволяет, наряду с использованием кластера для научных исследований,
начать обучение студентов по специальностям, включающим курс квантовой химии.
Проведение практических занятий с использованием специализированного программного обеспечения, в том числе
и обеспечивающего визуализацию результатов расчетов, и мощных вычислительных ресурсов обеспечивает более
глубокое понимание студентами методов современной химии и их практического использования, а также помогает
изучению ими современных компьютерных технологий. С начала 2001 года в рамках ФЦП "Интеграция" Казанский
научный центр РАН, Казанский государственный университет и Казанский государственный технологический
университет приступили к реализации проекта создания двух учебных классов на базе ПК с процессорами Athlon для
внедрения практических занятий по квантовой химии в учебный процесс. В качестве вычислительных ресурсов
практикумов выступят как сами учебные классы, представляющие собой вычислительный кластер, так и доступный по
научно-образовательной сети Центр высокоскоростной обработки информации КазНЦ РАН с аналогичным
программным обеспечением для квантово-химических расчетов.
1. GAMESS program: M.W.Schmidt et.al. J.COMPUT.CHEM. 14, 1347-1363 (1993).
2. NWChem program: T. L. Windus et. al. NWChem, A Computational Chemistry Package for Parallel Computers, Version
4.0" (2000), Pacific Northwest National Laboratory, Richland, Washington 99352-0999, USA.
3. Generic NQS: http://www.gnqs.org.
1