создание центра высокопроизводительных вычислений в санкт

СОЗДАНИЕ ЦЕНТРА ВЫСОКОПРОИЗВОДИТЕЛЬНЫХ ВЫЧИСЛЕНИЙ В САНКТПЕТЕРБУРГСКОМ ГОСУДАРСТВЕННОМ ТЕХНИЧЕСКОМ УНИВЕРСИТЕТЕ С
УДАЛЕННЫМ ДОСТУПОМ К ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫМ РЕСУРСАМ ИПМ ИМ.
М.В.КЕЛДЫША
А.Я.Башкарев (*), А.В.Забродин (**), Н.Н.Шабров (*)
(*) Санкт-Петербургский государственный технический университет, Санкт-Петербург,
(**) Институт прикладной математики РАН им. М.В.Келдыша, Москва
Тел./факс: (812) 552-77-70, e-mail: nikesh@mail.ru
В связи с необходимостью вычислительного обеспечения быстрого развития прорывных технологий
федерального уровня по инициативе РАН, Министерства науки и технологий РФ совместно с
заинтересованными ведомствами принята и выполняется "Комплексная программа по созданию
многопроцессорных вычислительных систем (МВС) и параллельным вычислительным технологиям". В рамках
проекта "Интеграция" в России предполагается создать 13 центров высокопроизводительных вычислений,
размещенных в ведущих вузах России. Совместным решением РАН, Миннауки РФ, Минобразования РФ и РФФИ
определена организация, концентрирующая работы по параллельным вычислительным технологиям –
Межведомственный суперкомпьютерный центр (МСЦ). МСЦ становится ядром объединения федеральных и
региональных центров в единую систему для решения задач национального значения.
Актуальным становится вопрос создания в России национальной и высокоорганизованной инфраструктуры
высокопроизводительных вычислительных ресурсов, сосредоточенных в региональных центрах страны.
Эффективная организация инфраструктуры высокопроизводительных вычислительных ресурсов России
предполагает координирующую и экспертную роль РАН и ее ведущих организаций в области
высокопроизводительных вычислений с целью создания сети полигонов для исследования и отработки базовых
решений по обеспечению высокопроизводительных вычислений.
СПбГТУ совместно с ИПМ РАН им. М.В.Келдыша в рамках совместного проекта по программе ФПЦ
"Интеграция" проводят работы по созданию, оснащению и программному наполнению Центра
высокопроизводительных вычислений в СПбГТУ. Центр высокопроизводительных вычислений СПбГТУ
оснащается 16-процессорным вычислительным кластером следующей конфигурации:
– Процессоры
16 х Intel Pentium III (550 Mhz)
– Диски
72 Gb (Ultra2 Wide SCSI)
– Оперативная память
2.048 Gb
– Количество узлов
8
– Источник питания
3000W
Коммуникационное оборудование – Dual 8-port Myrinet-SAN switch.
Конфигурация отдельного узла:
– Материнская плата
ASUS P2B-DS – двухпроцессорная плата, BX – чипсет, интегрированный Ultra2
Wide SCSI контроллер Adaptec 7890A
– Два процессора
Intel Pentium III 550 Mhz
– Память
256 Mb
– Диск
IBM DNES-309170 "Neptun" 9.1 Gb
– Кластерный контроллер
Myrinet SAN/PCI, 2MB
– Сетевой адаптер
Intel 100Pro+
– Видеокарта
Riva 128ZX, 8Mb
– CD-ROM
ASUS CD-400 IDE
Выбор конфигурации вычислительного кластера, кластерного контроллера и операционной системы
обуславливался опытом и рекомендациями ИПМ РАН им М.В.Келдыша с тем, чтобы иметь по возможности
близкие характеристики, как по производительности, так и по системе межпроцессорного обмена. Близость
характеристик требуется для проведения совместных исследований по широкому спектру проблем в области
высокопроизводительных технологий. Сюда следует отнести адаптацию в отечественных условиях системного
программного обеспечения, разработку и развитие прикладного программного обеспечения, анализ
эффективности работы различных протоколов обмена между вычислительными узлами, анализ методов
равномерной загрузки процессоров, разработку эффективных методов распараллеливания алгоритмов
вычислительной
математики,
поиск
решений
эффективных
средств
защиты
информации
от
несанкционированного доступа и т.д.
Важным этапом совместных работ является планируемые исследования в области создания
метакомпьютера на основе многопроцессорной вычислительной системы МВС-1000 и вычислительного
кластера СПбГТУ. Первым этапом работы в этом направлении является установка и настройка системы
удаленного доступа к вычислительным ресурсам ИПМ, настройка FTP-сервера СПбГТУ, получение навыков и
опыта практической работы в режиме удаленного доступа для решения сложных задач науки и техники.
Установлена первая очередь высокопроизводительного вычислительного кластера и начаты монтажные
работы по установке второй очереди кластера (16 процессоров). В настоящее время проводится тестирование
узлов и связующего оборудования кластера. Установлена и тестируется операционная система ParaStation,
разработанная в Университете г. Карлсруэ (Германия). Проводится освоение системы удаленного доступа к
вычислительным ресурсам ИПМ РАН им. М.В.Келдыша. Система удаленного доступа осваивается в полном
объеме на примере решения трехмерной задачи нестационарной теплопроводности методом конечных
элементов с использованием библиотеки MPI.
Ведется разработка многоцелевой масштабируемой программной системы численного анализа. Анализ
современного рынка ПО позволил сформулировать общие требования, которые должны сделать систему
привлекательной для конечного пользователя: масштабируемость (наращивание числа компонентов и числа
процессоров), параметрическое описание моделей, естественная организация многовариантных расчетов,
интегрированная среда разработки, удобство оформления результатов, развитые средства редактирования.
Существующие системы удовлетворяют лишь некоторым из этих требований, в то время как другие упускаются
из виду. В новой системе мы стараемся удовлетворить всем перечисленным требованиям и тем самым
обеспечить ей конкурентное преимущество. Наконец, серьезный довод в пользу разработки новой системы –
использование кластерных технологий при интенсивных вычислениях. Системы моделирования,
ориентированные на кластерные вычисления, пока отсутствуют, поэтому возникает возможность занять эту
пустующую нишу на рынке.
В данном проекте выполнена разработка ядра программной системы, которое является основой и
связующим звеном для всех остальных компонентов системы. Цель разработки новой программной системы
состоит в том, чтобы предоставить возможность решения сложных инженерных и научных задач на кластерных
компьютерных архитектурах, а также в том, чтобы получить интегрированную систему, в рамках которой будет
возможна разработка новых компонентов для решения различных задач. Система является открытой в том
смысле, что независимые разработчики могут создавать ее новые компоненты для решения своих задач.
Разрабатываемая программная система является многоцелевой по своему назначению. Возможность решения
задач того или иного типа будет определяться только тем, создан ли соответствующий компонент системы. При
разработке ядра новой системы численного моделирования используется язык программирования C++,
сочетающий эффективность получаемого программного кода и удобство создания объектно-ориентированных
систем. При разработке других компонентов системы используется этот же язык.
К началу нового учебного года планируется организовать на своей базе учебный класс удаленного доступа к
16-процессорной высокопроизводительной вычислительной системе с целью обучения студентов новым и
современным высокопроизводительным вычислительным технологиям в области механики.
В ближайшем будущем планируется создание на факультетах в СПбГТУ классов удаленного доступа к
вычислительному кластеру. Будет создан экспериментальный полигон для отработки технических и системных
программных решений инфраструктуры удаленного сетевого доступа. Планируется создание учебных курсов и
методических пособий по архитектуре кластерных систем, методам решения задач при параллельных и
распределенных вычислениях, использованию MPICH при вычислениях на кластерах. Будет продолжена работа
по совершенствованию технологии удаленного доступа к вычислительным ресурсам суперкомпьютерного узла
ИПМ им. М.В.Келдыша РАН и МСЦ РАН. Вычислительные ресурсы высокопроизводительного кластера СПбГТУ
(16 процессоров), объединенные виртуально с вычислительными ресурсами ИПМ РАН (32 процессора),
представляют уникальную возможность для проведения научных исследований в области создания
метакомпьютеров в России для решения сверхбольших и сложных научных задач.