ПРОЕКТ КОМПЛЕКСНОГО СУПЕРКОМПЬЮТЕРНОГО РЕШЕНИЯ «СКИФ Т-15» ДЛЯ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН. - презентация

1 ПРОЕКТ КОМПЛЕКСНОГО СУПЕРКОМПЬЮТЕРНОГО РЕШЕНИЯ «СКИФ Т-15» ДЛЯ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН

2 Что такое суперкомпьютер? Наиболее производительная на сегодняшний день вычислительная система, входящая в список Тор 500 наиболее мощных компьютеров мира

3 Кто использует суперкомпьютеры? КАНАДА АВСТРАЛИЯ РОССИЯ КИТАЙ БРАЗИЛИЯ БЕЛАРУСЬ СШАЯПОНИЯ ЕГИПЕТ ЮАР ИНДИЯ ФИНЛЯНДИЯ Н. ЗЕЛАДНИЯ ВЕНЕСУЭЛА ФРАНЦИЯ ГЕРМАНИЯ ГОНКОНГ ИЗРАИЛЬИТАЛИЯ Ю. КОРЕЯ МЕКСИКА НИДЕРЛАНДЫ ПОРТУГАЛИЯ ИСПАНИЯ СИНГАПУР ШВЕЦИЯ ШВЕЙЦАРИЯ ТАЙВАНЬ АНГЛИЯ С. АРАВИЯ

4 Рейтинг Тор 50 суперкомпьютеров СНГ За полгода с апреля по сентябрь 2004 года обновился наполовину: 20 систем из 50 новые Представлены Россия, Белоруссия, Армения и Украина На г.г. запланировано строительство суперкомпьютеров уровня Тор 500 в большинстве стран постсоветского пространства

5 Где используются cуперкомпьютеры? (по данным списка Тор 500) Стратегические исследования ядерные космические разработка и запуск спутников и ракет изучение космоса интерпретация спутниковых данных разработка ядерных вооружений обеспечение безопасности хранения ядерного резерва поиск новых источников энергии (физика плазмы) DOE США (лаборатории Los Alamos, Lawrence Livermore, Sandia, Oak Ridge); NASA; National Aerospace Laboratory of Japan и др. DOE США (лаборатории Lawrence Livermore и другие в составе Национального Агентства Ядерной Безопасности, NERCS), US Army Research, Atomic Weapons Establishment UK, Jaapan Atomic Energy и др.

6 Стратегические исследования безопасность окружающая среда разработка новых вооружений и оборонных комплексов разведка, предупреждение террористических атак управление критическими ситуациями (катастрофы, эпидемии, террористические атаки, загрязнения) исследование и предсказание изменений климата и погоды землетрясения исследования океана мониторинг состояния окружающей среды Lawrence Livermore и др. лаборатории NNSA США, NCAR США, CINECA (Италия), Naval Oceanogpraphic Office (США), The Earth Simulator Center Япония Lawrence Livermore и др. лаборатории NNSA США, US Army Research, US Navy и другие агентства DOD США, аналогичные ведомства Франции, Германии, Японии Где используются cуперкомпьютеры?

7 Промышленность автомобильная добывающая разведка полезных ископаемых: проектирование бурения, моделирование резервуаров Conoco Philips, PGS, PETROBRAS, TotalFinaElf, Paradigm, Sinope и др. нефтедобывающие и сервисные компании Саудовской Аравии, Бразилии, Индии, Англии, Австралии, США, Франции, Китая разработка новых автомобилей при помощи компьютерного моделирования: прочностные и другие инженерные расчеты, газо- и аэродинамика Opel, FIAT, DaimlerChrysler, BMW, Ford, General Motors Где используются cуперкомпьютеры?

8 Промышленность авиационнаяаэрокосмическая производство авиационных двигателей и других деталей самолетов: CAD, CAE, гидро-, газо-, аэродинамика Airbus, DLR, MTU Aero Engines (Германия), Boeing, DOD США (Wright-Patterson Air Force Base и др.) инженерные расчеты, газодинамика для создания ракетных двигателей и новых ракет NASA (США), DLR (Германия), National Aerospace Laboratory pf Japan и др. Где используются суперкомпьютеры?

9 Промышленность электроннаяоборонная производство полупроводниковых приборов и др. Samsung; «полупроводниковые компании» в США, Японии и др. компьютерное моделирование для создания новых вооружений DOD США, CEG Gramat (Франция) и др. Где используются суперкомпьютеры?

10 финансы управление управление сверхбольшими базами данных банков, страховых компаний финансовый консалтинг (планирование, прогнозирование, управление рисками и т.д.) Credit Suisse, UBS Warburg, Societe General, Сбербанк, банки Германии, Мексики, США и др. стран сверхбольшие базы данных крупных компаний (SAP, ERP, CRM) государственное управление и планирование Philip Morris, Bosch, Tech Pacific Exports (Индия), Carrefour (европейская сеть супермаркетов), Oracle, BLG Logistics (Германия) Где используются суперкомпьютеры?

11 медиа телекоммуникации цифровые видео-технологии для создания художественных и анимационных фильмов, компьютерных игр Digital Media Company, Walt Disney Feature Animation, Sony Online Gaming, Sony Pictures – США; WETA Digital и др. студии Австралии, Китая, Канады различные телекоммуникационные сервисы для сверхбольших баз данных абонентов France Telecom, Telcom South Africa, Telecom Italia, Digital Chine, Deutche Telecom, Vodaphone и др. по всему миру Где используются суперкомпьютеры?

12 биоинформатика: изучение генома человека и открытие новых способов лечения молекулярное моделирование: биомолекулярная динамика и изучение белковых структур для создания новых лекарственных препаратов нанотехнологии: синтез новых материалов квантовая химия, молекулярная динамика, физика частиц астрофизика, динамическая астрономия и др. Суперкомпьютерные центры (такие как National Center for Supercomputer Applications, США), университеты и научные институты более 25 стран мира Научные исследования и образование Где используются суперкомпьютеры?

13 Почему ИПС РАН и Т-Платформы? ИПС РАН головной исполнитель государственной суперкомпьютерной Программы «СКИФ» «Т-Платформы» разработчик и поставщик наиболее мощных суперкомпьютеров Программы «СКИФ» «Т-Платформы» и ИПС РАН участники создания более 30 высокопроизводительных установок в 2000– 2005 годах

14 Суперкомпьютерная программа «СКИФ» Разработка и освоение в серийном производстве семейства моделей высокопроизводительных вычислительных систем с параллельной архитектурой (суперкомпьютеров) и создание прикладных программно-аппаратных комплексов на их основе Не академические поиски, а промышленная разработка. Аппаратура, программное обеспечение, документация по стандартам ЕСКД/ЕСПД, успешно прошли приемочные (государственные) испытания, имеют литеру «О1»

15 185 раз Суперкомпьютерная программа «СКИФ» Реальная производительность образцов

16 Кластер «СКИФ К-500» Второй суперкомпьютер, построенный на территории СНГ, включенный в список 500 самых мощных компьютеров в мире Создан в 2003 году для программы «СКИФ» Союзного Государства Использует собственные технологические разработки «Т-Платформы» и ИПС РАН

17 Кластер «СКИФ К-500»

18 Кластер «СКИФ К-1000» Построен осенью 2004 года для суперкомпьютерной Программы «СКИФ» Союзного Государства Вошел в первую сотню рейтинга самых мощных компьютеров мира Тор 500 (98 место) и стал самым мощным компьютером в России, CНГ и Восточной Европе Использует собственные технологии «Т-Платформы» и ИПС РАН

19 Кластер «СКИФ К-1000»

20 Масштабируемая модульная система Архитектура системы обеспечивает возможность создания установок мощностью до 15 TFlops путем простого объединения стандартных вычислительных модулей «Т-Платформы» единственная компания в России и СНГ, построившая модульную систему подобной производительности

21 «Т-Платформы» на HPC-рынке Единственная коммерческая компания в России и одна из немногих в мире: Специализируется на кластерных решениях, построенных под конкретные прикладные задачи заказчиков Предлагает полный спектр продуктов и услуг для высокопроизводительных вычислений и дата-центров Предоставляет многоступенчатый сервис: от исследований, подбора конфигурации и проектирования до технической поддержки в течение всего срока службы

22 Суперкомпьютер «СКИФ Т-15» Исходя из предварительных соображений инициативной группы НИИ Нефте Газ, собранной по поручению Министра, конфигурация суперкомпьютера для Республики Казахстан на начало 2006 года должна удовлетворять следующим требованиям*: Тип системы кластер Процессорная x86 с поддержкой архитектура 64-разрядных расширений Tопологиякоммутируемая Скорость передачи не менее 800Мб/сек сообщений между узлами Задержка не более 3 мкс Пиковая не менее 15Тфлопс производительность * требования учитывают наблюдаемые темпы роста производительности суперкомпьютеров и обеспечивают высокую актуальность предлагаемой системы на ближайшие 5 лет

23 Суперкомпьютер «СКИФ Т-15» Суммарный объем не менее 4Тб оперативной памяти Внешняя дисковая система не менее 10Тб хранения данных Параллельная файловая система; суммарная пропускная способность не менее 1Гб/сек Ленточная библиотека не менее 100Тб для обеспечения резервного копирования

24 Суперкомпьютер «СКИФ Т-15» Обеспечение возможности разделения системы на независимые, изолированные друг от друга разделы Средства защиты от несанкционированного доступа и возможность обеспечить защищенных каналов связи Аппаратные средства мониторинга и управления системой. Дисплейный класс не менее, чем на 10 графических рабочих станций для обеспечения локального доступа к системе

25 Преимущества кластерных решений Выгодное соотношение «цена/производительность» Построены на базе массово выпускаемых компонентов Прекрасные возможности расширения Простота обслуживания Низкая стоимость владения В Тор % кластеров

26 Преимущества х 86 Наиболее массово применяемая процессорная архитектура Оптимальная цена Совместимость с наибольшим количеством приложений Массовые технологии компонентов вычислительных узлов Независимость от производителя процессоров и других компонентов 55,8% в списке Тор 500 Легкость разработки приложений благодаря стандартной архитектуре и повсеместному распространению

27 Earth Simulator vs «СКИФ Т-15» Реальная производительность 35 TFlops 2 этажа 65x50x7 м Энергопотребление 6МВт

28 Суперкомпьютер «СКИФ Т-15» Требования к инфраструктуре: Площадь помещенияоколо 200 кв.м Дублированное независимоене менее 2 раздельных электропитаниефидеров Рассчитано на нагрузку не менее 500 к Ва Канал связи до ближайшей точки желательно не менее 2 обмена Интернет-трафикомнезависимых каналов Пропускная способность каналане менее OC-12 (622Мбит/сек) Площадь дисплейного классане менее 100 кв.м для локального доступа к ресурсам

29 Базовый вычислительный модуль Т-15 Высокая плотность размещения: форм-фактор 19, 1U Собственный дизайн вычислительного узла компании «Т-Платформы» обеспечивает оптимальное охлаждение и высокую надежность работы Разработка гарантирует стабильную работу системы при температуре окружающей среды до 30º Компоненты подобраны для обеспечения максимально выгодного соотношения цена/производительность

30 Оптимальное охлаждение Лучшие решения ведущих производителей для максимальной надежности смешанная система кондиционирования и вентиляции: наилучшее соотношение «цена/надежность»

31 Разработка ИПС РАН, пр-во «Т-Платформы» Удобство мониторинга и управления кластером Функциональность ServNET: Селективный сброс узла, селективное и «плавное» включение/выключение электропитания узла Доступ к сериальной консоли узла, что поддерживает: Изменение параметров BIOS узла, выбор (LILO) загружаемой ОС Параметры загрузки ядра Linux, любые команды в консольном режиме Мониторинг критических сообщений ОС Посмертное чтение (из энергонезависимой памяти платы ServNET) нескольких последних сообщений ОС Кластер Т-15: управляющая сеть ServNet

32 Кластер T-15 масштабируемая модульная система архитектура системы обеспечивает возможность создания установок мощностью до 60 TFlops путем простого объединения стандартных вычислительных модулей

33 Программное обеспечение Операционная система Linux Поддержка стандартов параллельного программирования MPI и OpenMP Высокопроизводительные оптимизирующие компиляторы с языков C/C++/Fortran с лицензией, позволяющей одновременную работу не менее 20 пользователей средства параллельной отладки и трассировки приложений с лицензией не менее чем на 10% узлов кластера. Система управления заданиями Система управления и мониторинга

34 «СКИФ»: кластерное ПО, литера «О 1 » ядро ОС Linux-SKIF PVFS-SKIF параллельная файловая система OpenPBS-SKIF система очередей FLAME-SKIF система мониторинга и управления (reset, power on/off) установками семейства «СКИФ»

35 OpenTS Т-система с открытой архитектурой компилятор TG++ для языка T++ транслятор TF2TC (T-Fortran T++) с Microsoft заключен контракт на продолжение разработки TDB распределенный интерактивный отладчик MPI- программ, с поддержкой отладки Т- программ (замена TotalView) «СКИФ»: кластерное ПО, литера «О1»

36 6 прикладных программных систем в среде OpenTS 12 адаптированных свободных пакетов, библиотек и приложений 14 приложений собственной разработки (из них 3 в области ИИ) Совместимость платформы с коммерческими инженерными пакетами (более 6 отраслей реальных применений) «СКИФ»: кластерное ПО, литера «О1»

37 GTDB: интерфейс к TDB интуитивность представление информации в легко считываемом, удобном виде замена TotalView многократное увеличение объема поступающей информации

38 FLAME-SKIF: работа с сервисной сетью

39 Ожидаемый экономический эффект Казахстан получит мощный суперкомпьютерный центр, способный обеспечить решения задач в интересах различных (практически всех) отраслей промышленности, науки и силовых структур Прямая экономия (не менее $ ) на всем комплексе: аппаратура, программное обеспечение, передача технологий Возможность кардинального улучшения конкурентоспособности практически во всех отраслях (вторичный экономический эффект развитие экономики)

40 Совместимость с прикладными программными пакетами Механика твердого и деформируемого тела: Ansys, MSC/NASTRAN Гидро- и газодинамика: CFX, Fluent, STAR-CD, Flow Vision, MAGMASOFT Прочностные рассчеты и краш-тесты: ABAQUS, L-S-DYNA, MSC/MARC Геомеханика: SuperLU, MPI, ParaViews, Tochnog Геологоразведка и проектирование бурения: пакеты Paradigm Geophisical, Schlumberger, Landmark Молекулярная динамика: AMBER, CHARMM, CNARMm, GROMACS, GROMOS, NAMD Генетика и биоинформатика: BLAST, ASG, FDA и др. Климатические исследования: WRF-chem, MM5

41 Совместимость с прикладными программными пакетами Управление рыночными, кредитными и производственными рисками, статистический анализ и прогнозирование для финансового сектора: Algo Suite, MATLAB (Wolfram Research, Inc ), Visual Numerics (Numerical Algorithms Group), FinMetrics (ApTech StatTools, Risk Dimensions (SAS), Finance KIT (Sungard Futures Systems) Управление предприятием, обработка крупных баз данных: СУБД Oracle 10G SAP R/3 и другие ERP и CRM-приложения Социотехническое моделирование: управление транспортными потоками VISSIM (PTV), Quadstone Paramics, управление электрическими сетями EleQuant's Advanced Grid Observation Reliable Algorithms (AGORA), решения SCADA/EMS/DMS от Siemens, GE, PTI, ABB, Alstom

42 Применение «СКИФ» прикладные системы ИИ ИИ: классификация текстов Мощный инструмент для аналитических центров Высокая релевантность классификации текстов на основе глубокого семантического и синтаксического анализа почти линейный рост производительности при увеличении числа узлов

43 Применение «СКИФ» прикладные системы ИИ (ИЦИИ ИПС РАН) АКТИС: классификации текстов по заданным в процессе обучения классам (глубокий анализ текста, высокая релевантность) INEX: извлечение знаний из неструктурированных текстов на ЕЯ (заполнение заданной рел. БД) инструментальная система для проектирования интеллектуальных систем

44 Применение «СКИФ» исследования погоды Расчеты прогнозов погоды Параллельная реализация модели краткосрочного регионального прогноза погоды для Росгидромета: «Задача профессора В.М. Лосева»

45 Применение «СКИФ» аэромеханика Т-СИСТЕМА Задачи аэромеханики плохообтекаемых тел (НИИ мех. МГУ) Применение в авиационно- космической промышленности

46 Применение «СКИФ» аэромеханика плохообтекаемых тел (OpenTS, НИИ мех. МГУ)

47 «СКИФ»: научное использование Прикладные исследования (физика): «Прилипание» турбулентной струи к стенке Прикладные исследования (физика): Истечение турбулентной струи в полупространство

48 Летные СКИФ-школы, работы студентов (детонация, поле температуры)

49 «СКИФ»: промышленное использование Статический анализ напряжений и деформаций сборочных единиц с учетом технологии нанесения сварных швов Расчет динамических характеристик почвообрабатывающих агрегатов

50 «СКИФ»: промышленное использование

51 Автомобильная промышленность Моделирование остовов перспективных универсальных тракторов Беларусь

52 «СКИФ»: промышленное использование Автомобильная промышленность Расчет несущих конструкций карьерных самосвалов БелАЗ и шахтных крепей

53 Автомобильная промышленность Моделирование столкновения трех машин «СКИФ»: промышленное использование

54 Автомобильная промышленность Для МАЗа моделируются столкновения транспортных средств с неподвижными препятствиями

55 Made at CeBIT 2004 Hannover Germany

56 Применение «СКИФ» легкая промышленность

57 НИИ обработка результатов ДЗЗ, в среде OpenTS ( + испытания, «О 1 »): –Программная система формирования фокусированных радиолокационных изображений –Программная система моделирования широкополосных пространственно- временных радио­локационных сигналов –Программная система поточечной обработки цветных и полутоновых видеоданных космических систем дистанционного зондирования

58 1. Формирование фокусированных РЛ-изображений из голограмм РЛС космического базирования «Алмаз»

59 2. Моделирование широкополосных пространственно- временных радиолокационных сигналов Возможность формирования в результате моделирования голограммы и последующая ее обработка с целью получения радиолокационного изображения Возможность сохранения синтезированной голограммы и синтезированного изображения Отображение статистики в нижней части окна Вывод оператору всевозможных сообщений об ошибках

60 Основные виды поточечной обработки изображений Исходное полутоновое изображение Расширение динамического диапазона Псевдоцветовое кодирование Исходное полутоновое изображение Декорреляция спектральных каналов Эквализация гистограмм 3. Обработка цветных и полутоновых видеоданных космических систем дистанционного зондирования

61 LANDSAT Image Classification Computational web-service LA M SCI

62 «СКИФ»: готовые решения Система расчета химических реакторов Редактор химических формул Редактор геометрии реактора Редактор сеток Блок расчета Визуализация X-Window и Web-интерфейсы к системе

63 «СКИФ»: готовые решения Кардиологический комплекс

64 ADEPT-C, ИВВиИС: кардиология кардиологическая экспертная система реального времени «ADEPT-C» (в среде ПО КУ «СКИФ») проведены приемочные испытания, ПД системы «ADEPT-C» присвоена литера «О1» решение о выдаче патента на изобретение /14(002527) от «Информационно-аналитическая система в области телемедицины»

65 The aim is to study mechanisms of chemical reactions in complex molecular environment by considering multidimensional potential energy surfaces in the QM/MM approach E = EQM + EMM (+ EQM/MM)

66 Substrate = Insulin Catalytic triad: Asp84 Glu80 Ser287 Running Project: Cleavage of Insulin by Serine-Carboxyl Peptidases QM E = E QM + E MM (+ E QM/MM )

67 «СКИФ»: прогнозирование и проектирование в химии Мультиконформационная модель агониста 5-HT 1A рецептора (противовоспалительные средства) pIC 50 = p = pIC 50 = 8.00 p = Примеры наиболее и наименее активных конформеров одной молекулы: Качество прогноза биологической активности с рассмотрением всех возможных конформеров существенно превосходит результаты существующих работ Лекарства и другие соединения: (ЧелГУ и К о )

68 MultiGen: Примеры веществ National Cancer Institute USA Reg.No. NCI (противоСПИД-ное средство) Компания TOSLAB (Россия-Бельгия) Reg.No. TOSLAB A (противовоспали-тельное средство) National Cancer Institute USA Reg.No. NCI (противо СПИДное средство) «СКИФ»: прогнозирование и проектирование в химии

69 ИТМО им. А. В. Лыкова НАН Беларуси: динамика лазерного факела у поверхности твердотельной мишени в воздухе

70 ИТМО им. А. В. Лыкова НАН Беларуси: динамика интегральных по спектру компонент потока излучения лазерного факела

71 Физическая модель учитывает процессы абляции вещества под действием радиационных и конвективных потоков, реальные теплофизические и оптические свойства вещества. Перенос излучения – в приближении Шварцшильда-Шустера для 10 спектральных групп. «СКИФ»: гиперзвуковое движение космического тела в плотных слоях атмосферы ИТМО им. А. В. Лыкова НАН Беларуси

72 ИТМО им. А. В. Лыкова НАН Беларуси: удар астероида по поверхности Земли

73 БГУ, геомеханические задачи. Технологии решения

74 «СКИФ»: моделирование деформационных процессов на земной поверхности

75 «СКИФ»: моделирование устойчивости подземных сооружений

76 «СКИФ»: напряженно-деформированное состояние подработанной толщи

77 «СКИФ»: прогноз ветрового переноса загрязнений при лесном пожаре (ОИПИ НАН Беларуси и НИП «Геоинформационные системы») идентификация тепловых аномалий на снимках ДЗЗ

78 Прогноз ветрового переноса загрязнений

79 ОИПИ НАН Беларуси: Система идентификации личности по голосу АРМ обучения системы Реализация предлагаемой технологии в МВД Беларуси

80 ВА Беларуси: Программа оптимизации назначения частот в группе РЭС Время выполнения шага генетического алгоритма

81 Применение в добывающей промышленности обработка данных сейсморазведки для определения мест залегания нефти и газа геолого-геофизическая интерпретация и гидродинамическое моделирование - определения местонахождения, размеров, состава и доступности коллекторов создание двух- и трехмерных моделей коллекторов

82 проектирование скважин оптимизация бурения, направленное бурение более полное, безопасного и эффективного извлечения нефти экономический анализ и анализ рисков, оценка параметров пласта интенсификация добычи Применение в добывающей промышленности