ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ И СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ЦЕНТРА ВЫСОКОПРИЗВОДИТЕЛЬНЫХ ВЫЧИСЛЕНИЙ ЮГИНФО ЮФУ Букатов А.А., Дацюк В.Н., КрукиерЛ.А. ЮГИНФО Южного Федерального университета
baa@sfedu.ru, victor@rsusu1.rnd.runnet.ru, krukier@sfedu.ru
История центра высокопроизводительных вычислений (ЦВВ) ЮГИНФО ЮФУ началась с создания в 1997 г. суперкомпьютерного центра (СКЦ) РГУ на базе многопроцессорной суперЭВМ nCUBE 2S, приобретенной в конце 1996 г. на средства, выделенные на паритетной основе Министерством образования РФ и Администрацией Ростовской области [1]. Определяющую роль в создании СКЦ РГУ сыграл директор ВЦ РГУ И.А. Николаев. Созданный СКЦ стал первым, из числа созданных СКЦ и ЦВВ вузов России.
Несмотря на скромную, по сегодняшним меркам, производительность, приобретенный суперкомпьютер в то время существенно превышал производительность персональных компьютеров, что дало возможность проведения более сложных вычислительных экспериментов при математическом моделировании различных процессов и явлений. Но более важным является то, что этот суперкомпьютер стал своеобразным полигоном для освоения и развертывания различных программных средств поддержки параллельного программирования и организации процесса коллективного использования вычислительных мощностей суперкомпьютера [1]
В 1999-2000 годах по проекту ФЦП «Интеграция» на базе суперкомпьютерного центра был создан учебно-научный центр высокопроизводительных вычислений (ЦВВ) РГУ [2]. Вычислительные ресурсы были увеличены в результате приобретения и ввода в эксплуатацию двух мощных двухпроцессорных рабочих станций Compaq DS20E и SUN Ultra 60, а также Linux-кластера из 10 компьютеров Pentium III 500 Мгц, соединенных сетью Fast Ethernet. Это была одна из первых кластерных систем, созданных в России.
После создания ЦВВ РГУ сотрудниками ЮГИНФО (бывшего ВЦ) РГУ была создана унифицированная для всех высокопроизводительных вычислительных систем ЦВВ среда программирования многопроцессорных вычислительных систем (МВС), обеспечивающая переносимость программ с одной МВС ЦВВ. Это было достигнуто установкой на всех системах коммуникационной библиотеки MPI, системы компиляции программ с языка HPF, базовой библиотеки линейной алгебры (BLAS), однопроцессорной и параллельной версий библиотеки LAPACK, параллельной версии библиотеки для решения систем линейных алгебраических уравнений с разреженными матрицами (Aztec). Такая унификация позволила пользователям одни и те же тексты программ компилировать на любой из вычислительных систем без какой-либо их модификации.
Кроме того, для организации эффективного выполнения потока программ пользователей ЦВВ создана система пакетного выполнения потоков заданий для каждой из вычислительных систем ЦВВ. Эта система основана на широко известной ныне системе Open PBS. Создание системы управления заданиями на базе системы OpenPBS обеспечило относительно быстрое создание требуемых средств. Важнейшим достоинством системы OpenPBS является поддержка вычислительных узлов разной конфигурации и архитектуры, необходимая для созданного ЦВВ РГУ, включающего МВС различных типов.
В 2003 году была проведена модернизация Linux-кластера, состоявшая в замене вычислительных узлов на более мощные компьютеры на базе процессоров Intel Pentium 4, и в переходе на более скоростную коммуникационную сеть Gigabit Ethernet. В результате производительность кластера была увеличена почти в10 раз.
В сентябре 2005 года был введен в эксплуатацию вычислительный кластер, построенный с использованием высокоскоростной коммуникационной технологии Infiniband. Кластер состоит из управляющего компьютера и 21-го вычислительного узла. Полная производительность вычислительной системы около 120 Gflops.
В начале 2008 года в эксплуатацию введен вычислительный кластер IBM Cluster 1350, специально предназначенный для выполнения сверхбольших задач. Кластер состоит из управляющего компьютера и 12-ти вычислительных узлов с оперативной памятью 8 Гбайт. Узлы соединены коммуникационной сетью Infiniband с удвоенной пропускной способностью. Полная производительность вычислительной системы около 240 Gflops достигнута в результате использования на узлах двухядерных процессоров Intel Xeon 5160.
Суммарная производительность всего вычислительного комплекса ЦВВ ЮГИНФО ЮФУ, состоящего из трех вычислительных кластеров, составляет на сегодня 400 Гфлопс, что в 2000 раз выше аналогичного показателя на момент создания в 2007 г. суперкомпьютерного центра ЮГИНФО РГУ.
Следует отметить, что все вычислительные системы проектировались, собирались и настраивались исключительно силами сотрудников отдела высокопроизводительных вычислительных систем ЮГИНФО. В результате этого, накоплен богатейший опыт в области организации центров высокопроизводительных вычислений. Все вычислительные ресурсы управляются единой диспетчерской системой, которая обеспечивает максимально эффективное выполнение потока заданий. Большая работа, проведенная по унификации прикладного программного обеспечения всех многопроцессорных вычислительных систем, позволяет пользователям без какой-либо модификации программ выполнять их на любой из вычислительных систем.
Вычислительные ресурсы ЦВВ ЮГИНФО используются для решения сложных научных и технических задач. Его услугами в 2007 г. воспользовались не только сотрудники ЮГИНФО и представители различных факультетов ЮФУ, но и ученые других ВУЗов России. Основные научные задачи, которые решались на кластерах центра в 2007 году:
1. Определения параметров трехмерной структуры нанообъектов на основе теоретического анализа спектров рентгеновского поглощения (кафедра твердого тела физического факультета ЮФУ).
2. Сложные расчеты для решения задач радиолокации (кафедра радиофизики физического факультета ЮФУ).
3. Расчеты поведение сложных экосистем методами математического моделирования (ЮГИНФО).
4. Квантово-химические расчеты для исследования строения неклассических органических и элементоорганических соединений (химический факультет ЮФУ).
5. Изучение электромеханических свойств микрообъектов (Уральский государственный университет им. А. М. Горького)
6. Квантово-химические расчеты для изучения свойств сложных молекул (физико-технический факультет Тверского государственного университета)
За 2007 год на ресурсах ЦВВС было обработано 9820 заданий, на выполнение которых затрачено 130575 часов процессорного времени.
На протяжении всего периода существования ЦВВ ЮГИНФО его сотрудники постоянно уделяли большое внимание подготовке специалистов в области высокопроизводительных вычислений и параллельного программирования. В частности сотрудниками ЦВВ подготовлена и издана серия методических пособий по курсу «Многопроцессорные системы и параллельное программирование» [3-6], создан и постоянно обновляется сайт ЦВВ [7].
Литература
1. Николаев И.А., Букатов А.А. Программа создания в Ростовском госуниверситете суперкомпьютерного центра коллективного пользования на базе супер-ЭВМ nCube // Тез. докл. Всероссийской научно-методической конференции «Телематика'96», Санкт-Петербург, 13-17 мая 1996 г., с.70-71.
2. Белоконь А.В., Букатов А.А., Дацюк В.Н., Крукиер Л.А. Создание учебного центра по суперкомпьютерным технологиям на базе суперкомпьютер-ного центра РГУ // Тезисы докладов Всероссийской научно-методической конференции «Телематика’2000», Санкт-Петербург, 2000, с. 126-128.
3. Дацюк В.Н., Букатов А.А. Жегуло А.И. Методическое пособие по курсу «Многопроцессорные системы и параллельное программирование», Часть I: Введение в организацию и методы программирования многопроцессорных вычислительных систем, Ростов-на-Дону, 2000, 36 с.
4. Дацюк В.Н., Букатов А.А. Жегуло А.И., Методическое пособие по курсу «Многопроцессорные системы и параллельное программирование», Часть II: Среда параллельного программирования MPI, Ростов-на-Дону, 2000, 65 с.
5. Дацюк В.Н., Букатов А.А. Жегуло А.И. Потетюнко Л.Н. Методическое пособие по курсу «Многопроцессорные системы и параллельное программирование», Часть III: Библиотеки подпрограмм для многопроцессорных вычислительных систем, Ростов-на-Дону, 2002, 39 с.
6. Букатов А.А., Дацюк В.Н., Жегуло А.И. Программирование много-процессорных вычислительных систем // Ростов-на-Дону: ЦВВР, 2003, 207 с.
7. Сайт ЦВВ ЮГИНФО ЮФУ // http://rsusu1.rnd.runnet.ru/koi8/index.html
|
