Трудно найти человека, у которого нет своего персонального компьютера, планшета или телефона. Теперь получают распространение ещё и суперкомпьютеры. СуперЭВМ объединяет в себе возможности многих вычислительных устройств. В Нижегородском государственном университете, на родине выдающегося русского математика Николая Лобачевского, запустили суперкомпьютер, носящий его имя. Производительность кластера «Лобачевский» гораздо выше, чем у всех вместе взятых устройств, которые используют жители почти полуторамиллионного города.
Гонка суперкомпьютеров
Неужели для нужд производства и науки не хватает привычных компьютеров? Оказывается, не хватает: есть множество научных задач, для решения которых мощности домашних компьютеров недостаточно. Например, нужно составить прогноз погоды, создать формулу нового лекарства, спроектировать самолёт или автомобиль. Сначала производится математическое моделирование, а потом — вычисления на компьютере. И этих вычислений нужно произвести такое гигантское количество, что без суперкомпьютеров не обойтись. Обычный компьютер с этой задачей справиться не в силах: он уступает суперЭВМ в качестве инструмента для решения многих современных задач.
«Как деревянная палка уступает мечу джедая», — говорят создатели кластера.
«Например, при создании лекарства, чтобы не испытывать его на людях и не подвергать их жизнь и здоровье опасности, суперкомпьютер может просчитать возможные негативные воздействия препарата на электронной модели человека, — говорит Виктор Гергель, декан факультета вычислительной математики и кибернетики Нижегородского государственного университета. — СуперЭВМ позволяют экспериментировать с электронными моделями воссозданной реальности и получать ответы на вопросы учёных наименее затратным во всех отношениях способом».
В будущем на «Лобачевском» смогут работать не только сотрудники университета, но и все, кому нужно для работы провести колоссальные вычисления, — доступ можно будет получить из любой точки мира. Для этого придётся подать заявку, которую рассмотрит команда «Лобачевского».
Темпы развития суперкомпьютерной техники фантастические: через пять – шесть лет она морально устаревает, и нужно думать об установке новой — более мощной, экономичной и производительной, которая позволяет решать более сложные задачи.
«Идёт гонка за более высокой производительностью суперкомпьютеров, — объясняет Виктор Гергель. — А для чего нужна такая высокая производительность? Её важным показателем является степень быстродействия компьютера. Она измеряется так называемыми флопсами. Это сокращение от англоязычного словосочетания, которое означает количество сложных операций с числами, которые машина может выполнить в единицу времени. Чем больше этот показатель, тем больше вычислительных возможностей у суперЭВМ».
Кадры решают всё
На пустом месте ничего не появляется, для развития высоких технологий нужна достойная научная база. Ещё в 80-е годы нижегородцы опубликовали работы о параллельных вычислениях, а один из первых суперкомпьютеров был установлен в университете в тяжёлые для общества и науки 90-е годы. «Что касается суперкомпьютерных технологий, наш университет входит в число университетов-лидеров в этой отрасли не только России, но и мира, — не без гордости сообщает Виктор Гергель. — Ежегодно мы выпускаем по 300 специалистов в сфере суперкомпьютерных технологий, — продолжает Гергель. — Поэтому тот факт, что наши специалисты совместно с отечественной компанией «Ниагара» и одной из наиболее известных в мире IT-компаний Super Micro спроектировали и разработали мощный суперкомпьютер «Лобачевский», вполне закономерен».
Сейчас суперкомпьютер «Лобачевский» по мощности занимает в России четвёртую позицию после компьютеров, установленных в Московском государственном университете, Межведомственном суперкомпьютерном центре РАН и Южно-Уральском университете. То есть среди вузовских суперкомпьютеров «Лобачевский» находится в тройке лидеров.
Чудо-машина с изюминкой
Открыв дверь отдельного пристроя, попадаешь в небольшой коридор. На стене висит инфографика, на которой мерцающими красными лампочками отмечены страны и города, в которых есть вузовские суперЭВМ: США, Великобритания, Норвегия, Швейцария, Россия, Япония. Здесь же горит синий огонёк, обозначающий нижегородский суперкомпьютер «Лобачевский».
«Немного выше Москвы надо было лампочку разместить, Нижний Новгород чуть севернее», — смущённо улыбается 22-летний Сергей Лебедев, один из администраторов суперкластера и нынешний выпускник факультета ВМК Лобача, как называют студенты свой университет. За стеклянной дверью — довольно большой светлый зал площадью 70 квадратных метров. И там расположились несколько рядов огромных процессоров, мигающих красными и зелёными лампочками. Ещё в зале размещаются два рабочих компьютера: один при входе, а другой непосредственно в зоне кластера.
«Нас в команде, непосредственно обслуживающей суперкомпьютер, пять человек, — рассказывает Сергей. — Нам помогает в работе группа из 20–30 программистов».
Высокие блоки процессоров гудят так, что сложно услышать собеседника. Только в стеклянном тамбуре — относительная тишина. Сергей рассказывает, что компьютер, хоть и работает все двадцать четыре часа в сутки, но не требует постоянного присутствия администратора. «Если нужно, я могу контролировать кластер и со своего домашнего компьютера или даже с телефона, — улыбается Сергей. — Пока я в университете и удалённо присматриваю за работой машины, она делает свои вычисления и присылает мне уведомления об их готовности».
Сергей, рассуждая о супермашинах, поясняет, что в оборудовании «Лобачевского» использовались не только импортные процессоры, но и российские разработки.
«Думаете, все компьютеры одинаковы? — улыбается Сергей. — Это не так. Конечно, каждая новая суперЭВМ нацелена на то, чтобы обеспечить как можно большее количество вычислительных операций. Но при этом у каждого кластера есть своя изюминка. В «Лобачевском» эта изюминка — в использовании новейших процессоров. Они обладают фантастической параллельностью, то есть обеспечивают возможность огромного количества вычислений в единицу времени».
И швец, и жнец
Потребности промышленности, образования, науки и прикладных исследований ставят перед суперкомпьютерами сложные задачи.
«Сейчас суперЭВМ позволяют решать задачи, о которых лет пять назад учёные не могли и помыслить, — говорит Виктор Гергель. — Ведь нередко научные теории требуют просто гигантского объёма вычислений. Теперь это стало возможно. А это значит, что у науки для движения вперёд появляется дополнительный рабочий инструмент».
Нижегородским учёным суперкомпьютер «Лобачевский» поможет продвинуться, например, в работе по моделированию исследования деятельности человеческого мозга. Потребуется помощь суперЭВМ и в моделировании работы человеческого сердца и других живых систем, в биоинформатике. Весьма перспективно использование суперкомпьютера в нанотехнологиях: ведь нанопродукцию невозможно увидеть, поэтому анализ, моделирование и обработка нанопроцессов возможны только на суперЭВМ.
«Кстати, суперкомпьютеры могут оказаться незаменимыми помощниками и в процессе конструирования объекта, — продолжает Виктор Гергель. — Допустим, нижегородский инженер проектирует судно на воздушной подушке. Ему нужно предусмотреть массу условий и их сочетаемость друг с другом, чтобы выбрать наилучший вариант. Сколько таких вариантов он сможет смоделировать вручную на обычном компьютере? Не так уж и много. И выбранный вариант может быть не самым оптимальным. А на суперкомпьютере таких вариантов можно смоделировать хоть несколько миллионов и из них выбрать лучший, который станет конкурентоспособным в линейке сходных товаров».
Суперкомпьютеры тем чаще будут востребованы, чем больше в России будет развиваться производство сложных изделий. Аэрокосмическая, военная, нефтегазовая и медицинская промышленности с распространением суперЭВМ могут получить новый толчок в развитии.
