На пути к электронному мозгу
Даже в разгар мирового кризиса инвестиции в суперкомпьютеры резко выросли, свидетельствует июльское исследование IDC по рынку высокопроизводительных вычислений (High Performance Computers, HPC). В нем говорится, что доходы производителей вычислительных систем стоимостью выше $0,5 млн в 2009 г. выросли во всем мире на 25%. В экономике, основанной на знаниях, суперкомпьютеры – ключевой элемент конкурентоспособности, объясняют аналитики, а их использование – необходимое условие развития науки
По поводу определения термина «суперкомпьютер» до сих пор идут споры, а разработчик первых суперкомпьютеров Сеймур Крей называл свои детища просто компьютерами. В любом случае современные суперкомпьютеры – это системы, достигающие огромной мощности вычислений за счет «распараллеливания» вычислительных задач. То есть их равномерного распределения между большим числом серверов. Они используются для задач, требующих огромных расчетов, например для задач квантовой физики, прогнозирования погоды, климатических исследований, молекулярного моделирования (вычисления структуры и свойств сложных молекул, полимеров и кристаллов), имитации физических процессов (испытаний в аэродинамической трубе или имитации ядерного взрыва).
Россия занимает 16-е место в мире по удельному весу затрат на суперкомпьютеры в ВВП страны – 0,0024%, подсчитали аналитики IDC. На 1-м месте – Сингапур: 0,01% от ВВП.
Однако в последнее время Россия увеличивает объемы инвестиций в эту отрасль, говорится в исследовании IDC, и даже опережает по темпам развития HPC многие европейские страны. Это заметно по рейтингу 500 самых производительных суперкомпьютеров мира Top-500. Впервые Россия появилась в нем в 1997 г., когда Национальный резервный банк приобрел 48-процессорную систему Sun HPC 10000 c производительностью 24 Гфлопс (миллиардов операций с плавающей точкой в секунду). Но постоянным участником этого рейтинга Россия стала с 2001 г. и постепенно наращивает свою долю. А в прошлом году президент России Дмитрий Медведев признал, что без инвестиций в HPC «в ближайшие пять лет наша продукция будет неконкурентоспособной или не будет представлять интереса для потенциальных покупателей».
В последний рейтинг Top-500 попало уже 11 суперкомпьютеров, установленных в России. Два из них российского производства, в том числе занимающая 13-ю строчку рейтинга система «Ломоносов» с производительностью 414 Тфлопс (триллионов операций с плавающей точкой в секунду), построенная в МГУ в 2009 г. Этот суперкомпьютер спроектирован и построен российской компанией «Т-платформы», созданной в 2002 г. и специализирующейся на суперкомпьютерных технологиях.
Всего «Т-платформы» реализовали более 100 проектов – и не только в России. Их системы установлены, например, в Сингапурском суперкомпьютерном центре, в Институте гравитационной физики Макса Планка Ганноверского университета, говорит основатель и основной владелец «Т-платформ» Всеволод Опанасенко.
Начинали «Т-платформы», по его словам, с создания компьютерных кластеров (объединенные в сеть компьютеры, занятые одной вычислительной задачей, – дешевая замена суперкомпьютерам). Затем компания разработала собственную blade-систему (собранную в одном блоке систему из нескольких ультратонких серверов, использующих одну подсистему для питания, охлаждения, сетевого соединения и т. д.), а сейчас ее инженеры разрабатывают чип, который планируется производить на Тайване и в США по технологии 40 нм (в России таких технологий пока нет).
Создание суперкомпьютера занимает от двух месяцев до двух лет, а морально устаревает он за три года, говорит Опанасенко. Ожидается, что к 2018 г. компьютеры достигнут мощности, измеряемой в экзафлопсах (миллионы триллионов операций в секунду); это в 1000 раз производительнее современных систем. Они позволят, к примеру, разрабатывать уже не отдельные узлы самолета, как сейчас, а самолет целиком или эмулировать работу головного мозга. Одна из проблем на пути к таким системам – слишком высокое энергопотребление. Решение видится в использовании так называемых ускорителей, говорит Опанасенко, – сопроцессоров, рассчитанных на узкий круг задач, но потребляющих меньше энергии. В середине сентября на конференции в Сан-Хосе «Т-платформы» показали такое решение на базе графических процессоров Nvidia. Кроме российской компании разработки там представили только лидеры рынка суперкомпьютеров – IBM и Cray.
Между тем японская Fujitsu совместно с японским Институтом физических и химических исследований начала проект, который может привести к созданию самого быстрого в мире вычислительного средства – «компьютера K». В названии обыгрывается созвучие с японским словом «кей», обозначающим число 10 квадриллионов (1 квадриллион – 1000 трлн). Именно столько вычислительных операций в секунду, по утверждению Fujitsu, сможет выполнять K.
Проект должен завершиться в 2012 г., его стоимость – 110 млрд иен ($1,32 млрд). Ожидается, что с появлением K Япония вернется в верхнюю строчку мирового рейтинга суперкомпьютеров.
По производительности компьютер K в 5 раз превосходит нынешнего лидера – созданную компанией Cray и установленную в Окриджской национальной лаборатории систему Jaguar. В японском суперкомпьютере будет 80 000 восьмиядерных процессоров – в сумме это 640 000 процессорных ядер. Сегодняшние суперкомпьютеры тратят на моделирование сложных процессов (вроде реакции человеческого сердца на новое лекарство) около двух лет. Новая машина, уверяют ее разработчики, справится с этим за два дня.
Впрочем, в перспективы этого проекта верят не все. Первоначально в нем участвовали помимо Fujitsu еще NEC и Hitachi, но в прошлом году они отказались от участия. К тому же правительственный совет, контролирующий проект, отнес разработку к числу «расточительных трат». Совет настаивал на замораживании финансирования проекта, и только после того, как группа ученых – лауреатов Нобелевской премии обратилась напрямую к президенту страны Юкио Хатояме, финансирование было возобновлено.