День технологий HPC. Новосибирск, июнь 2010

Переходя к рассказу о докладах представителей науки и бизнеса, применяющих высокопроизводительные вычисления на практике, стоит упомянуть рассказ представителей Российского научного центра компании Baker Hughes, применяющей HPC в своих исследованиях.

Компания Baker Hughes работает в нефтегазовой сфере и поставляет предприятиям отрасли продукцию и услуги для бурения скважин, оценки параметров продуктивных пластов и добычи углеводородного сырья. В России компания присутствует с середины 90-х.

Продукты Baker Hughes опираются на фундаментальные научные исследования в электромагнитных методах геофизики, механике и физике жидкости и газа, механике и физике твердого тела, гравиметрических методах геофизики, сейсмических и акустических методах геофизики, горном деле, петрофизике, петрохимии и геохимии. Технологии Baker Hughes присутствуют даже в программах NASA по освоения Марса.

В своём докладе представители компании отметили, что используют программы, из которых 95% написаны и работают на персональных компьютерах под MS Windows, а оставшиеся 5% это кросс-платформенные программы GEANT4. В плане работы с программами основные приоритеты лежат в оптимизации кода с использованием вычислительных библиотек Intel MKL и IMSL, портирования на 64-битную платформу, распараллеливания.

Ещё один интересный аспект, рассмотренный в этой презентации – вопрос оптимального использования корпоративных ресурсов, например, простаивающих в ночное время или в период отпусков персональных компьютеров, а также корпоративных ЦОД, обладающих избыточными ресурсами для обеспечения отказоустойчивости. Все эти ресурсы вполне можно направлять на выполнение несрочных задач в долговременных проектах с помощью специализированного ПО.

Значительное время заседаний Дня Суперкомпьютерных технологий было отведено для выступления представителей научных кругов России. Выступавшие учёные рассказывали о своей работе очень интересно. Хочется отметить, что тематика большинства докладов затрагивала не только и не столько способы использования суперкомпьютеров в науке, сколько вопросы, которые наука решает или пытается решить в настоящее время с помощью тех или иных инструментов, в том числе, и HPC.

В этом плане наиболее показательно блестящее, сорвавшее максимум аплодисментов за весь симпозиум выступление академика Николая Александровича Колчанова, директора института цитологии и генетики СО РАН. Примечательно, что в это же время в соседнем с нами здании СО РАН проходил профильный симпозиум по вопросам цитологии и генетики, и Николай Александрович, как и некоторые другие учёные, совмещал работу сразу на двух мероприятиях.

Мне, как неспециалисту, очень трудно пересказывать пересыпанный специализированной терминологией рассказ Николая Александровича о проблемах современной цитологии, геномики и системной биологии. Что касается технологической части процесса, то ограничусь лишь описанием методики применения высокопроизводительных вычислений.

В этом плане процесс заключается в интеграции экспериментальных данных и биоинформатики, составлении баз данных с описаниями функций живых организмов, интеграция гетерогенных экспериментальных данных о структурной и функциональной организации живых систем. Далее происходит анализ экспериментальных данных, математическое моделирование живых систем, попытки предсказания новых функциональных моделей поведения, а также планирование дальнейших экспериментов для опытной проверки этих предсказаний, и затем – проведение экспериментов с получением новых данных.

В качестве подтверждения тезиса о ресурсоёмкости таких вычислений приведу пример, озвученный Николаем Александровичем. Человеческий геном содержит порядка 25 тысяч генов, при этом среднее количество факторов, применяемых для описания одного гена, требует порядка 40 TFLOPS вычислительной мощности. И это на каждый из 25 тысяч генов! Таким образом, для работы с полным геномом человека требуется ни много ни мало, а 40 х 25 000 = 1 000 000 TFLOPS вычислительной мощности – вот вам тот самый экзафлоп.

Ещё цифры - в настоящее время база исследователей PDBSite содержит более 150 тысяч пространственных структур различных функциональных сайтов (участков) белков, а в базе PDB содержится более 65000 пространственных структур белков. Распознавание функциональных сайтов требует их оптимального 3-D выравнивания с белками из PDB, а сравнение одного сайта с одним белком только по С-альфа атомам занимает на одном процессоре от нескольких секунд до минуты. Таким образом, анализ всех белков c высокой точностью может потребовать до 5 000 000 часов работы на одном CPU. Если же рассматривать пространственные структуры белков, реконструированных на основе гомологии последовательностей, время анализа увеличивается еще на три порядка.

Разъяснять важность таких работ, думаю, особо не нужно, однако в первую очередь это важно для распознавания функциональных сайтов в пространственной структуре белков как потенциальных мишеней для действия лекарственных препаратов, способных спасти жизни и вылечить от неизлечимых пока недугов. Вот почему любые затраты на такие работы всегда будут недостаточными.

Очень интересным было выступление представителей национального исследовательского университета ЮУрГУ (Челябинск), буквально на днях официально объявившего о запуске нового суперкомпьютера СКИФ-Аврора ЮУрГУ с пиковой производительностью до 24 Teraflops.

В университете решаются серьёзные прикладные задачи, востребованные гражданской и оборонной промышленностью. В частности, в качестве примеров задач инженерного моделирования нам рассказали о расчётах тепло-массообмена и газовой динамики с моделированием тонких турбулентных слоев в щелевых уплотнениях питательных насосов тепловых электростанций, работах по расчету многофазных течений в камере сгорания ракетного двигателя, о моделировании деформирования и разрушения тканевых бронежилетов, а также механического поведения грудной клетки человека при локальных ударах и пр.

Словом, в ЮурГУ мощности суперкомпьютеров никогда не простаивают и приносят реальный экономический эффект.

Доклад представителей Югорского НИИ Информационных Технологий (ЮНИИ ИТ) логически продолжил тему применения суперкомпьютерных технологий в промышленности, а именно в топливно-энергетическом комплексе. Специалисты ЮНИИ ИТ занимаются созданием суперкомпьютерных технологий для поиска месторождений углеводородов и повышения нефтеотдачи, информационно-космическими технологиями для решения задач экологии и рационального природопользования, информационными технологиями в управлении, медицине и образовании.

Так, применяя суперкомпьютеры для обработки данных сейсморазведки и моделирования структуры залежей, специалистам ЮНИИ ИТ удаётся предсказать глубину и характер залегания полезных ископаемых, позволяя таким образом существенно снизить затраты на разработку и эксплуатацию добывающих предприятий. И это только один из примеров того, как инвестиции в высокопроизводительные вычисления отбиваются с лихвой и приносят реальную пользу в промышленности.

Как видите, в одной статье просто нереально передать даже основную суть ключевых докладов столь насыщенного Дня суперкомпьютерных технологий. Один день – и столько впечатлений. Однако завершилось наше путешествие в Новосибирск всё же на следующий день, визитом в Новосибирский государственный университет, где Сергей Викторович Нетёсов, доктор биологических наук, профессор, член-корреспондент РАН, проректор по научной работе НГУ представил нам подробную презентацию о научных и учебных программах университета с использованием вычислительных мощностей суперкомпьютеров.

Особенно приятной оказалась экскурсия по вычислительному центру и исследовательским лабораториям НГУ. Одних взволновал вид суперкомпьютерных стоек, других – вид уникального электронного микроскопа с фантастическим разрешением 1 нм, а мне было очень приятно пройтись по этажам и коридорам учебных корпусов, взглянуть на студентов, занятых сдачами-досдачами, или на абитуриентов, пока что смутно представляющих выбранный ими путь. Эх, где мои 17 лет!

День Суперкомпьютерных Технологий в закончился. Не без сожаления покидая гостеприимный Новосибирск, вновь ловишь себя на мысли - полноте, а день ли это был, или, судя по гамме впечатлений и объёму полученной информации, не неделя ли часом прошла? Впрочем, удивляться тут нечему если вспомнить, что поездку организовывало Российское представительство Intel. Прокачать максимум полезной информации в единицу драгоценного журналистского времени – это можно назвать ещё одним своеобразным рекордом компании, за что ей большое человеческое спасибо.