Intel Labs Europe - о столкновениях частиц и 48 ядрах

Каждый раз, встречая новость об огромных суммах, инвестируемых Intel в R&D (а суммы эти измеряются миллиардами долларов), мы едва ли представляем себе, что стоит за этими цифрами. И это неудивительно. Ведь, с одной стороны, специфика R&D в том, что результаты этих инвестиций становятся известны публике лишь тогда, когда они воплощены в серийных продуктах. С другой стороны, масштаб и количество проектов, описываемых словосочетанием Intel R&D, таковы, что рассказ о них мог бы стать сюжетом довольно пухлой книги. Их спектр простирается от исследований в области физики материалов, через архитектуру современных вычислительных средств, и до социальных и экономических задач.

Впрочем, читатели нашего сайта неплохо знакомы с российским подразделением R&D по многочисленным репортажам из Санкт-Петербурга, Нижнего Новгорода, Сарова и Новосибирска. А в конце октября PR-подразделение Intel в России предоставило ИТ-журналистам уникальную возможность поближе познакомиться с R&D-деятелностью компании в Европе, лично познакомиться с руководителями некоторых направлений и своими глазами увидеть, над чем, собственно, они работают в рамках этих проектов. В ходе чрезвычайно насыщенной поездки – за три дня мы совершили пять авиаперелетов и посетили четыре города – мы побывали в трех лабораториях: в Женеве, Мюнхене и Брауншвайге. Мы узнали о роли Intel в работе Большого Адронного Коллайдера, о сотрудничестве компании с крупнейшими автопроизводителями и социально-ориентированных программах компании. А главное, мы познакомились с разработчиками 48-ядерного x86-процессора – да-да, в арсенале Intel есть 48-ядерная модель. Более того, она уже доступна потребителям! Но самое вкусное оставим на десерт и расскажем обо всем по порядку.

⇡#Intel R&D EMEA

Американская компания Intel открыла свое представительство в Европе еще 40 лет назад – первый европейский офис компании появился в 1969 году в Брюсселе. А производственные линии компании в Европе появились в 1989 в ирландском городе Лислип (Leixlip). За последующие 20 лет компания инвестировала более 7 млрд в развитие производства и исследований в регионе. На Intel R&D в Европе работают более 900 специалистов, спектр решаемых задач чрезвычайно широк: дизайн микросхем, разработка ПО, мобильные коммуникации и сервисы, графические технологии, встраиваемые решения, исследования в области наноэлектроники и микросхем, разработка ключевых продуктов Intel, высокопроизводительные вычисления, цифровые технологии в области медицины и здоровья и многое другое.

Стоит отметить, что Intel работает в Европе не одна, и не как замкнутая сама на себе коммерческая организация. Концерн активно сотрудничает с Европейским Сообществом. В 2009 году в европейском парламенте была представлена организация Intel Labs Europe (ILE) – ее задача консолидировать усилия Intel и Европейского Сообщества. Задачи организации описываются планом Digital Europe, в котором изложена совместная стратегия Intel и EC до 2020 года. Инициатива Digital Europe направлена на развитие Европы как самой динамично развивающейся и инновационно-ориентированной экономики в мире. С момента основания ILE организация открыла семь новых R&D-лабораторий по всему региону.

Наиболее важным направлением для Intel в Европе следует считать распределенные вычисления и суперкомпьютеры. Это направление развивает ExaSicence Lab в Бельгии (Leuven), поддерживаемая пятью техническими университетами Европы. А совсем недавно – в мае 2010 – открылась ExaCluster Laboratory в Германии, Julich. Ее главная цель – изучение проблем, связанных с построением гетерогенных вычислительных систем, мощность которых в тысячи раз превышает мощность современных суперкомпьютеров. В настоящее время в ExaCluster Laboratory работает около десяти исследователей, но в будущем ее персонал планируется утроить. ExaCluster Laboratory сотрудничает с европейским HPC-сообществом и ее главной целью является постройка суперкомпьютера, вычислительная мощность которого превысит 1 exaFLOPS. Третья лаборатория, работающая в этом направлении – ExaScale Computing Research Center в Париже. Она работает в сотрудничестве с французской комиссией по атомной энергии, французским национальным агентством по высокопроизводительным вычислениям, Версальским Университетом.

Мы же познакомились с работой трех лабораторий -- CERN openlab в Женеве, Intel Innovation Open Lab в Мюнхене и исследовательского центра Intel в Брауншвайге. Задачи, стоящие перед ними, совершенно различны, и именно это позволяет составить достаточно полную картину работы Intel R&D в Европе.

⇡#БАК – не только физика

Каждый, кто хоть немного интересуется наукой и техникой, наверняка читал одну из множества популярных статей о Большом Адронном Коллайдере и бозоне Хигса. Постоянные читатели 3DNews наверняка помнят опубликованную на страницах нашего сайта статью. Но если о задачах БАК в области теоретической физики рассказывается много, то об инженерной и, тем более, вычислительной инфраструктуре проекта, почему-то говорится гораздо меньше.

Это тем более странно, потому что с точки зрения теоретической физики коллайдер пока что не только не дал каких-либо новых данных, он, по сути, еще вовсе не заработал. В настоящее время достигнута энергия столкновения лишь 2 ТэВ на протон, в то время как для получения бозона Хигса нужно 14 ТэВ. Чтобы было понятно, насколько текущий уровень далек от нужного, стоит добавить, что в следующем году планируется увеличить уровень энергии только до 7 ТэВ. А до 14 ТэВ, необходимых, чтобы БАК не оказался лишь дорогостоящей игрушкой, руководство CERN планируют добраться только к 2014-му году.

Зато с инженерной точки зрения фундаментальные задачи решены – все оборудование смонтировано и введено в строй, частицы разгоняются, сталкиваются и результаты этих столкновений регистрируются. Стоит напомнить, что в состав БАК входит не один, а четыре детектора столкновений – соответственно эксперименты ATLAS, ALICE, CMS и LHCb. Самый грандиозный из них, без сомнения – ATLAS, именно он и призван обнаружить в свое время бозон Хиггса. В громадном подземном помещении установлен детектор, длина которого составляет 46, а высота – 25 метров (это высота девятиэтажного здания).

Многослойная конструкция из множества (их количество измеряется миллионами) сенсоров, каждый из которых представляет собой чувствительную матрицу, позволяет зафиксировать траектории частиц после соударения и их физические параметры. Результат эксперимента – огромные массивы цифровых данных, поступающих с детектора, в которых необходимо «отыскать» изучаемые частицы.

Учитывая количество датчиков, а также тот факт, что в детекторе происходят десятки и сотни миллионов столкновений в секунду, обработка данных, поступающих с детектора, становится очень сложной задачей, для решения которой требуются значительные вычислительные ресурсы.

В настоящее время вычислительная сеть проекта БАК состоит из трех уровней (Tier 0, 1 и 2). Первый (Tier 0) уровень – это вычислительный центр самого CERN, в котором происходит предварительная фильтрация и обработка данных. Ведь записывать и, тем более, передавать на другие уровни (компьютеры Tier 1 и 2 расположены по всему миру) всю поступающую с детектора информацию не только нерационально, но и невозможно технически – в настоящее время на первом уровне обрабатывается до 1 Пбайт информации в день, а поступает она со скоростью до 18 Гбайт/с.

Поэтому задача первого уровня – именно в фильтрации (в соответствии с физическими моделями) и обработке «полезной» информации. Теоретические модели протекающих в коллайдере процессов позволяют предсказать, какие именно результаты будут получены и запрограммировать систему на выделение подобных (или, наоборот, аномально отличающихся от предсказания) данных из общего потока. Предварительно отобранные данные передаются для дальнейшей обработки на следующие уровни, а также на хранение – около 70 Тбайт данных в день записывается ленточными библиотеками.

Надеюсь, теперь очевидно, что самый амбициозный научный проект в мире не мог обойтись без участия самой крупной ИТ-компании. Intel была одним из основных участников при создании CERN openlab, при этом роль компании не сводилась только лишь к поставкам самого современного аппаратного обеспечения (в том числе и прототипов). Компания Intel выступала также в качестве консультанта по обработке сложных массивов данных и по проектированию ЦОД, оптимизации его энергопотребления и тепловыделения. Стоит отметить, что Intel и CERN сотрудничают в научных проектах с самого основания CERN openlab в 2003 году. В ноябре 2008 Intel заключила новый трехлетний контракт с CERN для создания PCC (Platform Competence Centre – Экспертный Центр), включающий R&D-центр, разрабатывающий вычислительные платформы совместно с CERN LHC и другими научными группами. Сотрудничество с CERN позволяет Intel не просто разрабатывать высокопроизводительные платформы, но и сразу же испытывать их на самых ресурсоемких реальных задачах.

Бойд Девис представляет новый проект - Open Datacentre Alliance - запущенный при непосредственном участии компании Intel

Еще один пример масштабного проекта, в котором участвует компания Intel – Open Datacentre Alliance, о создании которого Бойд Девис (вице-президент Intel Architecture Group и генеральный директор Data Center Group) официально объявил как раз на территории CERN. Мы уже рассказывали о проекте подробно, так что сейчас лишь напомним, что в созданный альянс входит более 70 компаний, а Intel играет в нем роль главного технического консультанта и, разумеется, поставщика аппаратных решений.

На этом мы закончим первую часть рассказа об исследовательских программах Intel в Европе. Во второй части репортажа мы подробнее опишем проекты, которые ведет отделение Intel Labs Europe в Мюнхене, а также расскажем о разработках центра в Браугшвайге, в том числе 48-ядерном ЦП на базе архитектуры x86. Оставайтесь с нами!

Благодарим российское представительство компании Intel и лично директора пресс-службы Intel в России и странах СНГ Михаила Рыбакова за организацию пресс-тура.