Суперкомпьютерные технологии – основное «технологическое оружие» XXI века для достижения конкурентоспособности на мировом рынке Разработка компактных супер-ЭВМ. - презентация

1 Суперкомпьютерные технологии – основное «технологическое оружие» XXI века для достижения конкурентоспособности на мировом рынке Разработка компактных супер-ЭВМ «Развитие суперкомпьютеров и грид-технологий» ФГУП «РФЯЦ-ВНИИЭФ» С.Петербург, 17 июня 2010

2 ЗАДАЧИ ПРОЕКТА ЗАДАЧИ ПРОЕКТА Выездное заседание Комиссии при Президенте РФ по вопросам модернизации и технологического развития экономики (г.Саров, 2009) ЦЕЛЬ ПРОЕКТА: развитие суперкомпьютеров, суперкомпьютерного программного обеспечения, грид-технологий и их промышленное внедрение. 2 2 Внедрение отечественных пакетов программ имитационного моделирования на супер-ЭВМ для проектирования и разработки новых образцов техники в высокотехнологичных отраслях промышленности 3 Разработка базового ряда супер-ЭВМ Создание отечественного базового программного обеспечения для комплексного имитационного моделирования на супер-ЭВМ 1

3 Конкурентоспособность отечественных изделий на внутреннем и внешнем рынках Сертификация в надзорных органах 2012г. Создание отечественного базового программного обеспечения для комплексного имитационного моделирования на супер-ЭВМ 3 ЛОГОС ЛЭГАК-ДК ДАНКО+ГЕПАРД НИМФА Отечественные базовые пакеты программ Моделируемые процессы Газодинамика Аэродинамика Гидродинамика Турбулентное перемешивание Прочность и разрушение Тепломассоперенос Многофазная многокомпонентная фильтрация Быстропротекающие и статические Внедрение в работы предприятий базовых отраслей промышленности 2010г.: - Авиастроение -Атомная энергетика -Автомобилестроение - Ракетно-космическая Повышение отечественной Информационной безопасности

4 Базовый ряд супер-ЭВМ разработки РФЯЦ-ВНИИЭФ Компактные супер-ЭВМ Расчетная отработка отдельных узлов и деталей изделия. Расчеты в упрощенной постановке для принятия оперативных решений. Вычислительные комплексы рекордной производительности Полномасштабное многовариантное моделирование всего изделия в целом, в различных условиях и режимах его эксплуатации, том числе в аварийных режимах. Прецизионное моделирование. Разработка базового ряда супер-ЭВМ 8

5 Разработки РФЯЦ-ВНИИЭФ. От первого суперкомпьютера к первой компактной суперЭВМ Пиковая производительность0,128 Тфлопс Количество процессоров256 шт. О бъём оперативной памяти 67,6 Гбайт Емкость дисковой памяти1,15 Тбайт Занимаемая площадь с зоной обслуживания (20 стоек 47U) 43,7 кв.м Масса6100 кг Система охлаждениявоздушная Потребляемая мощность24 кВт Площадь для инженерных систем486 кв.м Пиковая производительность1,0 Тфлопс Количество процессорных ядер144 шт. О бъём оперативной памяти до 768 Гбайт Емкость дисковой памятидо 24 Тбайт Габариты (В х Ш х Г)6 50 х 32 5 х 725 мм Масса60 кг Система охлаждения процессоровжидкостная Потребляемая мощностьне более 2, 2 кВт Площадь для инженерных системне требуются 9

6 Компактные супер-ЭВМ это полнофункциональный программно-аппаратный комплекс для высокопроизводительных вычислений, не требующий для эксплуатации специальных инженерных систем. Компактные супер-ЭВМ оснащены базовым системным и прикладным ПО разработки РФЯЦ–ВНИИЭФ, ориентированным на решение конкретных задач трёхмерного имитационного моделирования. Разработка базового ряда супер-ЭВМ. Компактные супер-ЭВМ разработки РФЯЦ-ВНИИЭФ Позиционирование экономичное решение для рабочих групп, исследователей и разработчиков (для персонального и коллективного использования). 10

7 Разработка базового ряда супер-ЭВМ. Специализированная компактная супер-ЭВМ разработки РФЯЦ-ВНИИЭФ Особенности эксплуатации: Решение специальных классов задач для наукоёмких отраслей промышленности Не требует создания специальных инженерных систем обеспечения охлаждения и электропитания; Термодизайн и пониженный уровень шума; Литера «О1» – мелкосерийное производство; Пакеты программ расчёта молекулярной динамики и нейтронно-физических характеристик ЯЭУ методом Монте-Карло Назначение: Решение специальных классов задач для наукоёмких отраслей промышленности Возможные потребители: научно-технические центры, КБ и инжиниринговые компании, университеты. 1 ПАРАМЕТРЫ Производительность - до 0,7 Тфлоп/с (до 50 ПЭВМ) Потребляемая мощность - 1,5 кВт Стоимость тыс. руб.

8 Особенности эксплуатации: Уникальная разработка, не имеет отечественных аналогов; Не требует создания специальных инженерных систем обеспечения охлаждения и электропитания; Термодизайн и пониженный уровень шума; Литера «О1» – мелкосерийное производство; Возможность использования широкого спектра программного обеспечения, включая коммерческое. Назначение: Решение всего спектра задач для инженерных расчетов. Возможные потребители: Широкий круг предприятий различных отраслей промышленности, научно-технические центры, КБ и инжиниринговые компании, университеты и другие организации. Разработка базового ряда супер-ЭВМ. Универсальная компактная супер-ЭВМ разработки РФЯЦ-ВНИИЭФ 1212 ПАРАМЕТРЫ Производительность - 1 Тфлоп/с (40 ПЭВМ) Потребляемая мощность кВт Стоимость - 1,6 млн. руб.

9 В рамках проекта «Развитие суперкомпьютеров и грид-технологий»: АВИАСТРОЕНИЕ ОАО «Компания «Сухой» (г.Москва) ОАО НПО «Сатурн» (г.Рыбинск) АТОМНАЯ ЭНЕРГЕТИКА ОАО «ОКБМ Африкантов» (г.Н.Новгород) ОАО ОКБ «Гидропресс» (г.Подольск) ОАО «Атомэнергопроект» (г.С.-Петербург) ОАО «ВНИИ АЭС» (г. Москва) ФГУП «НИТИ им.А.П.Александрова» (г.Сосн. Бор) ИБРАЭ РАН (г.Москва) АВТОМОБИЛЕСТРОЕНИЕ ОАО «КАМАЗ» (г.Наб.Челны) РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКАЯ ОТРАСЛЬ ОАО «КБ ХимАвтоматики» (г.Воронеж) ФГУП ГНПРКЦ «ЦСКБ «Прогресс» (г.Самара) ФКП «НИЦ РКП» (г.Пересвет) Универсальная компактная супер-ЭВМ разработки РФЯЦ-ВНИИЭФ. Серийное производство компактных супер-ЭВМ Первые заказы предприятий промышленности, науки, образования: Самарский государственный аэро- космический университет (г.Самара) НИИСИ РАН (г.Москва) ООО «Саровский инженерный центр» (г.Саров) ОАО «Технопарк-Технологии» (г.Саров) ООО НПО «ВНИИЭФ-ВОЛГОГАЗ» (г.Саров) Уральский государственный университет (г.Екатеринбург) ОАО ОКБ «Гидропресс» (г.Подольск) Компактные супер-ЭВМ – настольный инструмент исследователя научно-технических центров, КБ и инжиниринговых компаний, университетов ОСНАЩЕНИЕ 1313

10 Теоретическая пиковая производительность1,0 Тфлоп/с Количество процессорных ядер144 шт. Максимальный объём оперативной памятидо 768 Гбайт Емкость дисковой памятидо 24 Тбайт Операционная системаLinux Акустический уровень шумаМенее 50 дБА Габариты (В х Ш х Г)650 х 325 х 725 мм Вес 60 кг Количество материнских плат и процессоров на плате3 шт. / 4 шт. Система охлаждения процессоровжидкостная Система межпроцессорных обменовInfiniBand QDR Сеть управления и мониторингаEthernet Подключение к локальной сети предприятияGigabit Ethernet Система шумоподавленияпассивная Электропитание220 В, 50 Гц Потребляемая мощностьне более 2,2 кВт Стоимость (в зависимости от комплектации)от 1,6 млн. руб. Разработка базового ряда супер-ЭВМ. Универсальная компактная супер-ЭВМ разработки РФЯЦ-ВНИИЭФ 1414

11 Разработка базового ряда супер-ЭВМ. Универсальная компактная супер-ЭВМ разработки РФЯЦ-ВНИИЭФ Материнская плата БП 65 см HDD 73 см Управление, мониторинг и пр. Вид сбоку Коммутатор GE 5 портов 33 см Вид сзади БП Система межпроцессорных обменов Адаптер IB Плата 2 Адаптер IB Плата 1 Адаптер IB Плата

12 Разработка базового ряда супер-ЭВМ. Универсальная компактная супер-ЭВМ разработки РФЯЦ-ВНИИЭФ Операционная система Scientific Linux SL v5.4 (Boron) ПО для коммуникационной среды InfiniBand - OFED v Реализация библиотеки MPI OpenMPI v Системы программирования для языков C, С++ и Fortran для компиляторов GNU gcc, g++, g77 Параллельная файловая система Система программирования для языков C, С++ и Fortran PGI Система программирования для языков C, С++ и Fortran Intel Сетевая информационная службы NIS Сетевая служба поддержки времени NTP 1616

13 Разработка базового ряда супер-ЭВМ. Универсальная компактная супер-ЭВМ разработки РФЯЦ-ВНИИЭФ Система инсталляции и настройки системного ПО СПРУТ Система управления заданиями JAM Специализированная реализация библиотеки MPI на основе MVAPICH v Модифицированный сетевой менеджер OpenSM для коммуникационной среды InfiniBand Средства отладки параллельных приложений, включающие параллельный отладчик ParDB и библиотеку для обработки исключительных ситуаций в процессе выполнения параллельных приложений libfault Система сбора и анализа информации об эффективности выполнения параллельных приложений OpenSTK Библиотека последовательных и параллельных решателей PMLP LParSol Библиотека доступа к единому файлу-разрезу EFR Параллельная система графической постобработки ScView Средства управления и администрирования Система мониторинга и контроля CPANEL Набор средств тестирования и оценки производительности вычислительных модулей и коммуникационной среды 1717

14 30 марта 2010 года первая универсальная компактная супер- ЭВМ с российским программным обеспечением, разработанная ФГУП «РФЯЦ-ВНИИЭФ», передана в ОАО «Компания «Сухой». До конца текущего года ФГУП "РФЯЦ- ВНИИЭФ" изготовит и передаст производителям 20 универсальных компактных супер-ЭВМ. Среди пользователей в том числе будут: ОАО «НПО Сатурн» (г.Рыбинск) ОАО «ОКБМ Африкантов» (г.Н.Новгород) ОКБ «Гидропресс» (г.Подольск) ИБРАЭ РАН (г.Москва) ОАО «СПбАЭП» (г.С.-Петербург) ОАО «КБ ХимАвтоматики» (г.Воронеж) ФКП «НИЦ РКП» (г.Пересвет) ГНПРКЦ «ЦСКБ-Прогресс» (г.Самара) ОАО «КАМАЗ» (г.Наб.Челны) Разработка базового ряда супер-ЭВМ. Универсальная компактная супер-ЭВМ разработки РФЯЦ-ВНИИЭФ 1818

15 Обоснование безопасности во внештатных ситуациях при взлете/посадке Решаемые задачи: Расчетный анализ безопасности авиалайнера при взлете/посадке в случае поломок шасси. Результат: Подготовлен материал для сертификации безопасности Новый Российский среднемагистральный самолет SUPERJET Примеры внедрения суперкомпьютерных технологий Авиастроение Основные участники работ: ОАО «Компания «Сухой», ФГУП «РФЯЦ- ВНИИЭФ», ОАО «НПО Сатурн», «Саровский инженерно-научный центр»

16 Отечественные программные комплексы расчета сложных сетей разветвленных трубопроводов самолетов Решаемые задачи: Автоматизация процесса проектирования топливных систем самолета Определение оптимальной последовательности выработки топливных баков из условий устойчивости и управляемости лайнера; Анализ аварийных ситуаций в топливных системах Эффективность: Сокращение сроков проектирование топливных систем летательных аппаратов 20 Основные участники работ: ОАО «Компания «Сухой», ФГУП «РФЯЦ- ВНИИЭФ» Примеры внедрения суперкомпьютерных технологий Авиастроение

17 21 Атомная энергетика Основные участники работ: ОАО «ОКБМ Африкантов», ФГУП «РФЯЦ- ВНИИЭФ» Результат: Расчетными исследованиями модельной 57-ми стержневой сборки получены данные для выбора оптимальной формы турбулизирующих решеток. Моделируемые процессы: Гидродинамическое течение теплоносителя с учетом турбулентного перемешивания в районе дистанцирующих и турбулизирующих решеток Число процессоров – 680 Время расчёта – 4 часа Время расчета на ПЭВМ ~ 2 мес Примеры внедрения суперкомпьютерных технологий Оптимизация тепловыделяющей сборки активной зоны ядерных энергетических установок (ВВЭР, ВБЭР-300)

18 Обоснование безопасности АЭС 22 Атомная энергетика Основные участники работ: ОАО «ОКБМ Африкантов», ФГУП «РФЯЦ-ВНИИЭФ»; ОАО «СПбАЭП» Результат: Определен запас прочности защитной оболочки НВАЭС методом расчетного исследования при различных углах и скоростях падения; Моделируемые явления: -Исследование прочности защитной оболочки АЭС с ВВЭР-100 при падении тяжелого самолета в соответствии с требованиями МАГАТЭ Примеры внедрения суперкомпьютерных технологий

19 Обоснование безопасности газотранспортировки Нефтегазовая отрасль 2323 Основные участники работ: ФГУП «РФЯЦ- ВНИИЭФ», ОАО «Газпром» Моделируемые процессы: Разрыв трубопровода при высоком давлении при скорости образования трещины выше скорости звука. Результат: Расчетными исследованиями определены требования к качеству трубной продукции, в результате чего определены типы изделий для ОАО «Газпром» Примеры внедрения суперкомпьютерных технологий

20 Экология и мониторинг окружающей среды Модель пластов 2424 Расчетная модель Анализ техногенных аварий с утечкой загрязнения в грунтовые воды Основные участники работ: ФГУП «РФЯЦ- ВНИИЭФ», СПбО ИГЭ РАН, НИИММ КГУ, СПбГУ, МГУ Моделируемые процессы: - Фильтрация грунтовых вод в подземных пластах; - Массоперенос примесей с учетом взаимодействия с породой. Результат: Прогноз скорости и направления распространения пятна загрязнений подземных вод; Выработка рекомендаций по мерам предотвращения загрязнений источников питьевой воды. Примеры внедрения суперкомпьютерных технологий