12.12.2013 Институт программных систем Российской академии наук Суперкомпьютеры «СКИФ» эффективная платформа для вычислений в интересах развития наукоемких. - презентация

1 Институт программных систем Российской академии наук Суперкомпьютеры «СКИФ» эффективная платформа для вычислений в интересах развития наукоемких технологий и наноиндустрии чл.-корр. РАН, Абрамов С.M. Институт программных систем РАН УГАТУ, Уфа НТС «Высокопроизводительные вычислительные ресурсы россии для создания наукоемких технологий и развития инфраструктуры наноиндустрии»

2 Слайд 2 Институт программных систем РАН Программа «СКИФ-ГРИД» Содержание ИПС РАН. Суперкомпьютерные программы «СКИФ» и «СКИФ-ГРИД». СуперЭВМ семейства «СКИФ» СуперЭВМ семейства «СКИФ» Ряд 1, 2, 3 и –2010: Ряд 4 семейства суперЭВМ «СКИФ» Отечественные СуперЭВМ почему это важно? В чем заграница нам не поможет? Что есть отечественного в суперЭВМ семейства «СКИФ»? Вычисления в интересах развития наукоемких технологий и наноиндустрии на платформе суперЭВМ семейства «СКИФ»

3 Институт программных систем Российской академии наук Суперкомпьютерные программы «СКИФ» и «СКИФ-ГРИД». СуперЭВМ семейства «СКИФ»

4 Слайд 4 Институт программных систем РАН Программа «СКИФ-ГРИД» Институт Программных Систем РАН, г. Переславль-Залесский, 120 км от Москвы Головной исполнитель в программах Союзного государства России и Белоруссии «СКИФ» организаций от РФ «СКИФ-ГРИД» организаций от РФ : пять суперЭВМ семейства «СКИФ» в рейтинге Top500 (из шести Российских) Институт Программных Систем РАН

5 Слайд 5 Институт программных систем РАН Программа «СКИФ-ГРИД» 5 «СКИФ»: Комплексный подход Единая концепция создания изделий семейства «СКИФ» и широкий спектр моделей семейства, возможность подбора конфигурации, оптимальной для заданного применения. Комплекс мероприятий: разработка аппаратных средств; разработка системного программного обеспечения; разработка инструментальных средств и законченных (пилотных) прикладных систем; подготовка и переподготовка кадров; единое информационное пространство Программы

6 Слайд 6 Институт программных систем РАН Программа «СКИФ-ГРИД» Организация Программы «СКИФ-ГРИД»: 2007–2008 гг // 2009–2010 Направления работ 1. Грид-технологии 2. СуперЭВМ «СКИФ» (HW+SW) 3. Безопасность 4. Пилотные проекты

7 Слайд 7 Институт программных систем РАН Программа «СКИФ-ГРИД» Комплект ПО суперкомпьютеров «СКИФ» системное ПО системное ПО: операционная система; базовые библиотеки поддержки параллельного счета; файловые системы; системы очередей, мониторинга и управления; стандартные системы программирования C, C++, Fortran; и т. п. средства разработки параллельных программ средства разработки параллельных программ программные системы, инструментальные средства и библиотеки: Grace, Open TS, MIRACLE и др.; два десятка параллельных прикладных систем два десятка параллельных прикладных систем для различных областей.

8 Институт программных систем Российской академии наук СуперЭВМ семейства «СКИФ» Ряд 1, 2, 3 и 4

9 Слайд 9 Институт программных систем РАН Программа «СКИФ-ГРИД» Ряд Годы и пиковая произв-ть ядер CPU/ разряд. Сетевые решения Форм- фактор Примечание – –500 GFlops 1/32 FastEth, SCI (2D-тор), Myrinet 4U–1U Отечественный SCI (2D-тор) – – 5 Tflops 1/ 32–64 GB Eth, SCI (3D-тор), InfiniBand 1U, Hyper- Bblade ServNet v.1, v.2 Ускорители: FPGA, ОВС –2008 5–150 Tflops 2–4/64 GB Eth InfiniBand DDR 1U, blades ServNet v.3 воздухвода фреон – –5 Pflops 4–8/64 InfiniBand QDR, отечественная сеть (3D-тор) плотные blades cooling! Ускорители: FPGA, GPU, МЦОС, Cell Суперкомпьютеры семейства «СКИФ» Ряд 1 – 4

10 Слайд 10 Институт программных систем РАН Программа «СКИФ-ГРИД» Суперкомпьютеры семейства «СКИФ» Ряд СКИФ Первенец 20/11 Gflops 2001 СКИФ ВМ /26 Gflops 2003 СКИФ ЕС ТКС 403/230 Gflops

11 Слайд 11 Институт программных систем РАН Программа «СКИФ-ГРИД» Суперкомпьютеры семейства «СКИФ» Ряд , ускоритель Однородная ВС 2003: СКИФ Т-Forge /74 Gflops 2003, СКИФ К-500 #405 Top /11 717/417 Gflops 2004, СКИФ К-1000 #98 Top / /2032 Gflops

12 Слайд 12 Институт программных систем РАН Программа «СКИФ-ГРИД» Ряд 1 и 2: Linpack-производительность образцов

13 Слайд 13 Институт программных систем РАН Программа «СКИФ-ГРИД» СуперЭВМ семейства «СКИФ» Ряда , СКИФ МГУ #36 Top /06 60/47.17 Tflops 2007, СКИФ Cyberia #105 Top /06 12/9.01 Tflops 2008, СКИФ Урал #282 Top / /12.2 Tflops

14 Слайд 14 Институт программных систем РАН Программа «СКИФ-ГРИД» Семейство суперЭВМ «СКИФ»: Ряд 1, 2, 3 и 4 Ряд 1 Ряд 2 Ряд 3 Ряд 4 57 Gflops Первенец-М 26 Gflops ВМ Gflops Первенец (2 шт) 2032 Gflops СКИФ К Gflops СКИФ К Tflops СКИФ МГУ 12.2 Tflops СКИФ Урал 9 Тflops СКИФ Cyberia 11/2011 СКИФ П~5.0 11/2010 СКИФ П /2009 СКИФ П-0.5

15 Институт программных систем Российской академии наук 2008–2010: Ряд 4 семейства суперЭВМ «СКИФ»

16 Слайд 16 Институт программных систем РАН Программа «СКИФ-ГРИД» Вид системы СКИФ П-0.5 (500 Tflops)

17 Слайд 17 Институт программных систем РАН Программа «СКИФ-ГРИД» Вид системы СКИФ П-0.5 (500 Tflops)

18 Слайд 18 Институт программных систем РАН Программа «СКИФ-ГРИД» Вид системы СКИФ П-0.5 (500 Tflops)

19 Слайд 19 Институт программных систем РАН Программа «СКИФ-ГРИД» Вид системы СКИФ П-0.5 (500 Tflops)

20 Институт программных систем Российской академии наук Отечественные СуперЭВМ почему это важно? В чем заграница нам не поможет?

21 Слайд 21 Институт программных систем РАН Программа «СКИФ-ГРИД» Роль вычислительных наук в экономике основанной на знаниях?

22 Слайд 22 Институт программных систем РАН Программа «СКИФ-ГРИД» «Технологии, таланты и деньги доступны многим странам. Поэтому США стоит перед лицом непредсказуемых зарубежных экономических конкурентов. Страна, желающая победить в конкуренции, должна победить в вычислениях». Deborah Wince-Smith, Президент Совета по конкурентоспособности США. With technology, talent and capital now available globally, the U.S is facingunprecedented economic competition from abroad. The country that wants to out compete must out- compute, –– Deborah Wince-Smith, President of the Council on Competitiveness. Единственный способ победить в конкуренции –– обогнать в вычислениях

23 Слайд 23 Институт программных систем РАН Программа «СКИФ-ГРИД» Уровень вычислений уровень конкурентоспособности

24 Слайд 24 Институт программных систем РАН Программа «СКИФ-ГРИД» Россия в Top500: отечественные vs. импортируемые суперЭВМ (до ) Закупок и модернизацийВ Top500 входили Отечественных5 (19%)12 (31%) Hewlett-Packard12 (46%)12 (31%) IBM7 (27%)11 (28%) Sun Microsystems2 (8%)4 (10%) ВСЕГО26 (100%)39 (100%)

25 Институт программных систем Российской академии наук ИПС РАН, : Совещание «Развитие высокопроизводительных вычислений (СуперЭВМ) в России"

26 Институт программных систем Российской академии наук Что есть отечественного в суперЭВМ семейства «СКИФ»?

27 Слайд 27 Институт программных систем РАН Программа «СКИФ-ГРИД» Что есть отечественного в суперЭВМ «СКИФ»? Сегодня все суперЭВМ как правило создаются с широким использованием мирового распределения труда Сегодня ни одна страна (компания) не разрабатывает и не производит все компоненты своих суперЭВМ (исключениеСША?) Сегодня суперЭВМ «СКИФ» основываются на использовании зарубежной элементной базы Почему суперЭВМ «СКИФ» отечественные? Почему суперЭВМ «СКИФ» отечественные? 1. Разрабатываются и производятся нашими специалистами 2. Беларусь и Россия собственники КД на узлы и на изделия целиком 3. На часть разработок имеются патенты 4. Если лучше, чем чужое значит не чужое, значит свое 5. Top500: независимое признание страны происхождения суперЭВМ»

28 Слайд 28 Институт программных систем РАН Программа «СКИФ-ГРИД» Если лучше всех зарубежных, то какие сомнения в отечественном произхождении? СКИФ К-500, СКИФ Cyberia, СКИФ МГУ, СКИФ Урал продемонстрировали лучший показатель КПД на процессорах Intel В ноябре 2004 СКИФ К-1000 занял первое место в мире на тесте «столкновение 3 автомобилей» в рейтинге TopCrunch ( поддержан DARPA). В феврале 2007 СКИФ Cyberia выдает по сравнению с современных суперЭВМ (Cray, HP, IBM, SUN): лучший (на 8..13%) КПД; лучшую (в 2–1.5 раза) масштабируемость на пакете STAR-CD Уникальные свойства аппаратных решений: Уникальные свойства аппаратных решений: отечественных Servnet и blade-решений

29 Слайд 29 Институт программных систем РАН Программа «СКИФ-ГРИД» Сервисная сеть для суперЭВМ «СКИФ» Ряда 2 Servnet ver.1 и ver.2 Servnet ver. 1 Servnet ver. 2

30 Слайд 30 Институт программных систем РАН Программа «СКИФ-ГРИД» Сервисная сеть ServNet-3 для суперЭВМ ряда 3 семейства «СКИФ» Двухуровневая архитектура Применима к суперЭВМ с любым числом узлов и шасси (петафлопного диапазона) Операции с узлами On/Off Reset Serial Console Info состояние узла Измерение T(C o ) и U 1 …U n (V) Операции с шасси Измерение скорости вращения вентиляторов Управление скоростью вращения вентиляторов

31 Слайд 31 Институт программных систем РАН Программа «СКИФ-ГРИД» Сервисная сеть ServNet-3 для суперЭВМ ряда 3 семейства «СКИФ» ServNet-T60: Плата управления вычислительным узлом по одной на каждое лезвие, на плате один микроконтроллер, 70×80 мм, выпущено ~800шт. ServNet CMB: Плата управления шасси по одной на каждое шасси, 372×60 мм, выпущено ~80шт. Разработка: ИПС РАН Изготовление: ИПС РАН

32 Слайд 32 Институт программных систем РАН Программа «СКИФ-ГРИД» 2007 февраль СКИФ Cyberia 9.013/ Flops 2002 июнь МВС 1000М 0.734/1.024 Flops 2003 ноябрь СКИФ К /0.717 Flops 2004 ноябрь СКИФ К /2.534 Flops 2008 май СКИФ Урал 12.2/15.9 Flops 2008 май СКИФ МГУ 47.1/60 Flops признаных отечественных Шесть признаных отечественных суперЭВМ в Top500… Пять из шести СКИФы Июнь 2008: впервые три отечественных суперЭВМ в Top место самое высокое достижение России Россия вышла из категории «и другие страны» Россия попала в headline пресс-релиза Intel-а Июнь 2008: впервые три отечественных суперЭВМ в Top место самое высокое достижение России Россия вышла из категории «и другие страны» Россия попала в headline пресс-релиза Intel-а

33 Слайд 33 Институт программных систем РАН Программа «СКИФ-ГРИД» Отечественные разработки и ИС в СуперЭВМ «СКИФ» 1 схемотехнические решения; конструкторская документация корпусов и стоек программное обеспечение кластерного уровня семейства СКИФ 2 Сервис- ная сеть Servnet v.1, 2, 3 доработка вычислительных узлов по отечественной спецификации интерконнект отечественного производства SCI 2D-тор (НИЦЭВТ) 3 Разработка КД и производство blade-серверов и шасси 4 КД на ускорители вычислений; КД на гибридные узлы КД на интерконнект отечественной разработки «ИС на все (все печатные платы, дизайн и т.п.), кроме микросхем»

34 Институт программных систем Российской академии наук Вычисления в интересах развития наукоемких технологий и наноиндустрии на платформе суперЭВМ семейства «СКИФ»

35 Слайд 35 Институт программных систем РАН Программа «СКИФ-ГРИД» «СКИФ Полигон» Разработана концепция развертывания СКИФ Полигона Идёт согласование с исполнителями РБ В 2008 году планируется начать унификацию ПО Кластер Infinity СКИФ Урал (ЮУрГУ) Tflops Кластер ННГУ 2.7 Tflops СКИФ К-1000 и К-500 (ОИПИ НАН) 2.5 (5) +0.7 Тflops СКИФ-Cyberia (ТГУ) 12 Тflops СКИФ Т-60 (МГУ) 60 Tflops Tflops Σ

36 Слайд 36 Институт программных систем РАН Программа «СКИФ-ГРИД» Инициатива «СКИФ Университетам» Университеты получают из разных источников возможность закупать суперЭВМ ВУЗы, закупая системы семейства СКИФ, получают дополнительно: скидки и льготы возможность включиться в СКИФ-Полигон получить доступ к ПО, технологиям и разработкам программ «СКИФ» и «СКИФ-ГРИД» получить информационную поддержку партнеров

37 Слайд 37 Институт программных систем РАН Программа «СКИФ-ГРИД» 37 MultiGen Челябинский Государственный Университет Level 0 Level 1 Level 2 Multi-conformation model К0 К11К12 К21 К22 pIC 50 = p = pIC 50 = 8.00 p = 0.482

38 Слайд 38 Институт программных систем РАН Программа «СКИФ-ГРИД» 38 Аэромеханика НИИ механики МГУ им. М. В. Ломоносова

39 Слайд 39 Институт программных систем РАН Программа «СКИФ-ГРИД» Подход академика Белоцерковского 39 Поток представлен как множество микровихрей (цвета: против и по часовой стрелке)

40 Слайд 40 Институт программных систем РАН Программа «СКИФ-ГРИД» 40 Построение изображения по сигналу с космического радара («Алмаз») НИИ КС

41 Слайд 41 Институт программных систем РАН Программа «СКИФ-ГРИД» 41 Моделирование сигнала широкополосного радара НИИ КС

42 Слайд 42 Институт программных систем РАН Программа «СКИФ-ГРИД» 42 Классификация изображения (Landsat) вычислительный «web-сервис»

43 Слайд 43 Институт программных систем РАН Программа «СКИФ-ГРИД» Проект ИПС РАН Цель развертывание высокопроизводительной ГРИД-сети на основе простаивающих компьютеров Целевая аудитория школы, ВУЗы Использование технологий виртуальных машин Гибкое управление отдаваемым ресурсом Учет вклада «доноров»

44 Слайд 44 Институт программных систем РАН Программа «СКИФ-ГРИД» Проект «СDM-Хранилище» Геофизический Центр (ГЦ) РАН Мотивация необходимо «удобное» средство сбора, хранения, визуализации и доставки массивов научных данных в ГРИД- среде Используется Common Data Model (CDM) формат

45 Слайд 45 Институт программных систем РАН Программа «СКИФ-ГРИД» DEFORM CAEBean ABAQUS CAEBean ГРИД-оболочки для инженерных пакетов, ЮУрГУ

46 Слайд 46 Институт программных систем РАН Программа «СКИФ-ГРИД» ГРИД-сервис «Молекулярный докинг», НИИФХБ МГУ им. Белозерского Е1 Е2 Е3 Е4 Е5 Е6 Е7 геометрия1 геометрия2 геометрия3 геометрия4 геометрия5 геометрия6 геометрия7 Многомерная поверхность потенциальной энергии Вычислительная задача молекулярный докинг Нахождение структуры комплекса белок-ингибитор, отвечающего лучшей энергии взаимодействия молекул

47 Слайд 47 Институт программных систем РАН Программа «СКИФ-ГРИД» Компьютерный поиск ингибиторов взаимодействия Hsp70 c Bag-1, НИИФХБ МГУ им. Белозерского Обсчитана база из коммерчески доступных соединений 18 из которых в настоящее время проходят экспериментальную проверку в Институте цитологии РАН Hsp70 Ингибитор

48 Слайд 48 Институт программных систем РАН Программа «СКИФ-ГРИД» ИПХФ (Черноголовка): Примеры практических результатов Крупномасштабные вычисления в области низкотемпературных химических реакций под сильным электромагнитным воздействием Были задействованы (в рамках РДИГ) до 300 процессоров разных ресурсных узлов Расчет данной задачи на единичном ПК (Pentium-4, 3.2 ГГц) занял бы около 5000 часов В распределенной среде решение заняло около 18 часов машинного времени Результаты расчета туннельной динамики протона под действием периодического магнитного поля

49 Слайд 49 Институт программных систем РАН Программа «СКИФ-ГРИД» Изучение природы флюоресцирующего белка asFP595 Изучение природы флюоресцирующего белка asFP595 ХФ МГУ белок asFP595, особенностью которого является флюоресценция в области оптически видимого света 595 nm (красный свет) при интенсивном облучении зеленым светом 565 nm структура: 238 аминокислотных остатка, 6 α-спиралей и 11 β-листов

50 Слайд 50 Институт программных систем РАН Программа «СКИФ-ГРИД» Нанотехнологии: биологические молекулярные моторы ХФ МГУ

51 Слайд 51 Институт программных систем РАН Программа «СКИФ-ГРИД» Наноустройства ХФ МГУ

52 Слайд 52 Институт программных систем РАН Программа «СКИФ-ГРИД» Моделирование супрамолекулярных соединений ЧелГУ Число процессоров Время выполнения, сУскорение Комплекс модельного рецептора с лекарственным средством (противоопухолевое действие) Комплекс дигидрофолатредуктазы с лекарственным средством (противоопухолевое действие)

53 Слайд 53 Институт программных систем РАН Программа «СКИФ-ГРИД» Перенос и осаждение частиц, ФГУП «СПбАЭП»

54 Слайд 54 Институт программных систем РАН Программа «СКИФ-ГРИД» Анализ изменения климата за , ИКИ РАН

55 Слайд 55 Институт программных систем РАН Программа «СКИФ-ГРИД» Исследование геномных баз данных, ИППИ РАН им. Харкевича Мотивация: большой вновь создаваемых и известных генерируемых геномов: 741 бактериальных, 41 archeal, 139 эукариот Задача: найти филогенетическое дерево организмов (реконструкция вероятных геномов древних организмов)

56 Институт программных систем Российской академии наук Спасибо за внимание! Готов ответить на вопросы…