ИММЕРС на конференции “Параллельные вычислительные технологии” (ПаВТ’2015)
Яркой солнечной погодой встретила столица Урала участников Международной научной конференции “Параллельные вычислительные технологии” (ПаВТ’2015). После ураганных ветров, терзавших восточноевропейскую часть России на прошлой неделе, и снежной пелены, никак не желавшей идти на убыль, столь теплый прием сразу настроил гостей Екатеринбурга на позитив и, конечно, на рабочий лад. Почти 200 участников ПаВТ’2015 - представители университетов, академических институтов и ИТ-бизнеса - собрались на площадке Уральского федерального университета им. первого Президента России Б.Н.Ельцина, чтобы обсудить перспективы развития параллельных вычислительных технологий, поделиться проблемами, которые мешают наиболее эффективно использовать мощности и возможности супервычислителей, а также представить коллегам результаты, полученные ведущими научными группами в использовании суперкомпьютерных технологий для решения самых разных задач.
ПаВТ’2015 стала девятой в серии ежегодных встреч профессионалов в области суперкомпьютинга, посвященных развитию и применению параллельных вычислительных технологий в различных областях. Напомним, ПаВТ - конференция “мигрирующая”: городами ее проведения в разные годы уже становились Москва, Санкт-Петербург, Челябинск, Уфа, Нижний Новгород, Новосибирск, Ростов-на-Дону. Именно такой формат проведения конференции позволяет наиболее эффективно вести диалог между научным сообществом, практиками - компаниями, работающими в сфере создания суперкомпьютерных вычислительных систем, программного обеспечения к ним, и потребителями того самого “суперпродукта”. Конференция имеет свои традиции: ее организаторами все годы выступают Суперкомпьютерный консорциум университетов России и Российская академия наук, поддержку в проведении встречи оказывает и Российский фонд фундаментальных исследований. Сохраняются традиции спонсорского участия в ПаВТ таких известных вендоров, как группы компаний РСК, “Т-Платформы”, корпораций Intel, Hewlett-Packard, NVIDIA, компании “Иммерс”...
Открывая конференцию, ректор УрФУ Виктор Кокшаров отметил актуальность ее тематики, прежде всего в современных условиях борьбы стран за лидерство на международной арене.
- Урал славится своей математической школой, - подчеркнул глава вуза, - и мы всемерно поддерживаем ее развитие, в том числе в рамках программы повышения конкурентоспособности нашего университета. Сегодня параллельные высокопроизводительные вычисления играют в этом особую приоритетную роль. Совместно с Институтом математики и механики УрО РАН мы готовим специалистов в области суперкомпьютерных технологий, ведем сотрудничество с российскими центрами высокопроизводительных вычислений. Наши студенты активно и успешно участвуют в различных международных соревнованиях по данной тематике. Так, например, в прошлом году студенты и магистранты Института радиоэлектроники и информационных технологий УрФУ завоевали серебро в Китае на международных компьютерных соревнованиях ASC 14 Student Supercomputer Challenge, став единственной командой из России, вошедшей в число 16 победительниц. Кстати, свои способности по оптимизации приложений ребята продемонстрировали на самом мощном суперкомпьютере мира Tianhe-2 (MilkyWay-2)...
Подготовке специалистов в суперкомпьютерной области в УрФУ уделяют особое внимание. Как рассказал директор Института математики и компьютерных наук УрФУ (в прошлом математико-механический факультет УрГУ) Магаз Асанов, выпускников уральского матмеха хорошо знают и ценят не только на родной земле, но и за рубежом. Более полувека этот факультет (в 2015 году он отмечает юбилей - 55 лет) выпускает профессионалов, которые добиваются успеха и признания как в науке, так и на производстве: возглавляют крупные предприятия, открывают собственные компании, становятся известными людьми в мировой ИТ-отрасли. Поблагодарив компании - спонсоров ПаВТ’2015, директор ИММ УрО РАН академик Виталий Бердышев напомнил о задачах национального значения, в том числе направленных на построение технологических платформ и создание к 2020 году системы из 25 миллионов новых высокотехнологичных рабочих мест. Из поданных РАН Президенту РФ четырех больших проектов, связанных с реализацией задуманного, один - “суперкомпьютерный” с упором на открытое ПО.
Еще одна традиция ПаВТ - представление новой редакции списка самых мощных компьютеров СНГ. Как изменился суперкомпьютерный ландшафт Содружества за последние полгода? 22-й рейтинг супермощностей СНГ продемонстрировал заметный рост: так, суммарная производительность систем на тесте Linpack за прошедшее время выросла с 4677,2 до 6866,9 TFlop/s. А суммарная пиковая производительность систем списка впервые превысила рубеж в 10 PFlop/s и составила 10811,2 TFlop/s (против 7825,5 TFlop/s в предыдущей редакции рейтинга).
За полгода в Тор50 появилось семь новых суперкомпьютеров и произошло обновление еще четырех систем. Не может не радовать, что первые шесть мест в списке теперь заняты системами, разработанными российскими компаниями.
Новым лидером Тор50, сместив впервые за несколько лет прежнего победителя, стал суперкомпьютер “Ломоносов-2” производства компании “Т-Платформы”, установленный в МГУ им. М.В.Ломоносова (его производительность на тесте Linpack выросла с 319,8 до 1849 TFlop/s). Прежний фаворит списка, также установленный в МГУ, - суперкомпьютер “Ломоносов” производства компании “Т-Платформы”, чья производительность на тесте Linpack составляет 901,9 TFlop/s, - опустился на второе место. На третьем месте оказался новый суперкомпьютер “Политехник РСК Торнадо” производства группы компаний РСК (производительность на тесте Linpack - 658,1 TFlop/s), установленный в Санкт-Петербургском политехническом университете. На четвертое место перешел суперкомпьютер МВС-10П (также детище группы компаний РСК), установленный в Межведомственном суперкомпьютерном центре РАН, с производительностью на тесте Linpack 375,7 TFlop/s.
На пятую позицию поднялся суперкомпьютер “Лобачевский” производства компании “Ниагара Компьютерс”, установленный в Нижегородском государственном университете им. Н.И.Лобачевского, чья производительность на тесте Linpack выросла с 282,6 до 289,5 TFlop/s. Новый суперкомпьютер Cluster Platform 3000 BL460c Gen8 производства компании Hewlett-Packard, установленный на базе неназванного поставщика ИТ-услуг, с производительностью на тесте Linpack 189,3 TFlop/s попал на седьмое место списка. На восьмой строке расположился еще один новичок - “Политехник - RSC PetaStream” производства группы компаний РСК, установленный в СПбПУ, его производительность на тесте Linpack составляет 170,5 TFlop/s.
Производительность в 21,9 TFlop/s (на тесте Linpack) потребовалась на этот раз для попадания в текущую редакцию Top50 (против 17,7 TFlop/s в предыдущей редакции), а нижняя граница первой десятки систем по производительности на тесте Linpack поднялась со 101,213 до 119,9 TFlop/s.
Еще немного статистики: в Тор50 продолжают доминировать системы, построенные на процессорах Intel, их число осталось равным 48; на процессорах AMD и IBM построены по одной системе новой редакции рейтинга. Число гибридных суперкомпьютеров, использующих для вычислений графические процессоры, уменьшилось с 19 до 16, а количество систем, использующих ускорители Intel Xeon Phi, выросло с 3 до 7.
Девятнадцать суперсистем по-прежнему остаются задействованы в науке и образовании, а вот количество систем, ориентированных на конкретные прикладные исследования, увеличилось, правда, всего с девяти до десяти. Число систем, используемых в промышленности, осталось равным шести, а в финансовой области - трем. Дополнительная информация и статистика новой редакции Тор50 представлены на официальной странице списка самых мощных компьютеров СНГ http://top50.supercomputers.ru. Следующая, двадцать третья, редакция Top50 будет объявлена 28 сентября 2015 года на международной конференции Russian Supercomputing Days (http://russianscdays.org).
Эффективность суперкомпьютерных центров в эпоху тотального параллелизма стала темой одного из пленарных докладов. Об актуальности этого вопроса и путях решения задач, связанных с достижением наибольшего КПД при работе на суперЭВМ, на примере суперкомпьютерного центра МГУ им. М.В.Ломоносова рассказал заместитель директора Научно-исследовательского вычислительного центра МГУ член-корреспондент РАН Владимир Воеводин.
- Вопрос эффективности использования больших суперкомпьютерных центров - проблема, актуальная не только для России, - отметил Владимир Валентинович. - Не менее остро стоит она и перед зарубежными центрами, занятыми высокопроизводительными вычислениями. Лучшие американские, китайские, российские суперкомпьютеры - все они устроены примерно одинаково и потому “болеют” одинаковыми “болезнями”. Вот, например, с помощью своего смартфона я могу в режиме реального времени видеть картинку использования мощностей нашего суперкомпьютера “Чебышев”. Если пиковая производительность одного его ядра (усредненная по всем узлам) составляет 12 Гфлопс, то реальная - чуть больше 3% от этой цифры. Казалось бы, все должно работать по полной программе. Но, тем не менее, эффективность и производительность достаточно низки... Мы смело показываем подобные данные, поскольку, повторюсь, это проблема не только российских суперкомпьютеров, но и других систем высокого вычислительного уровня.
Необходимо понять причину этого дисбаланса и постараться изменить ситуацию, чтобы поднять эффективность использования систем. Мы многого ожидаем от суперкомпьютеров, и надо сделать все, чтобы можно было использовать их в полной мере.
Следует понимать, что проблема достижения эффективности в данном случае весьма сложна и имеет много аспектов. Говоря об эффективности суперкомпьютерного центра, какие параметры мы должны учитывать? На что следует обращать особое внимание? Казалось бы, не столь и много таких параметров - всего-то один-два... Но если ставить задачу комплексно, число их оказывается очень и очень велико. Вот, например, те, которые, так или иначе, необходимо принимать в расчет: проекты, лицензии, организации; разделы, компоненты ПО и аппаратуры, приложения; очереди, статусы, квоты, задачи, а также разные категории пользователей: сисадмины, руководство... Кто-то подумает: мелочь - всего-то неправильно оформили лицензию или она не была возобновлена в срок, а в результате какое-то время люди и машины не работают, эффективность падает...
Сложно ли контролировать весь комплекс параметров, отвечающих за эффективность? Вроде не очень: завел все данные в специальный excel-файл и держи их под контролем. Но параметров-то тысячи! Никаких глаз и excel-файлов не хватит. А значит, требуется некий автомат, который будет аккуратно отслеживать то, что происходит в суперкомпьютере. Уже сегодня понятно, что со временем количество параметров, действующих компонентов будет расти и мы не сможем описать то, что в данный момент происходит в системе, как и не сможем предсказать, что в ней будет происходить далее... Получается, мы вроде бы потеряли контроль над суперкомпьютерами?..
Кстати, еще одна важная тенденция, которую необходимо учитывать, - рост стоимости простоя суперкомпьютера. Несвоевременно отреагировали на сбой? Придется платить. Для справки: стоимость работы одного дня суперкомпьютера “Ломоносов” - это примерно 20 тысяч долларов, а суперкомпьютера “Титан” (второе место в списке Тop500 суперкомпьютеров мира) - это уже примерно 300 тысяч долларов... Всего через два-три часа после того, как “зависнет” планировщик задач на “Ломоносове”, половина машины будет попросту простаивать. С учетом вышеназванной стоимости работ на суперкомпьютере становится понятной и важность эффективной организации работ больших суперкомпьютерных центров.
Для устранения проблем, мешающих эффективной работе суперкомпьютеров, специалистами НИВЦ МГУ разработан набор специальных систем. Пока их только шесть, но они постоянно совершенствуются
- Прежде всего, надо провести инвентаризацию имеющегося, - продолжает Владимир Воеводин. - Аккуратно и точно описать все то, с чем мы работаем и за чем надо следить. Реализовать это на практике невероятно сложно, поскольку учесть требуется многое. Но если не сделать этого, мы не сможем быть уверенными, что все работает эффективно: именно так, как и задумывалось. Как же обеспечить этот глобальный мониторинг? Например, так: если мы не можем следить за тем, что происходит в суперкомпьютере в данный момент, тогда пусть он сам следит за собой. А нам останется лишь объяснить ему то, что мы от него ожидаем.
Осуществить такое не очень-то и сложно: наши ожидания можно выразить в виде формальной модели суперкомпьютера. А уж он-то всегда знает, что реально происходит в его недрах... Сопоставление данных мониторинга с формальным описанием того, что должно быть, согласно модели, - позволяет сразу обнаружить сбой. Обнаружив несоответствие, компьютер сам принимает решение, какое действие надо выполнить для исправления ситуации. С этой точки зрения суперкомпьютеры должны быть автономны.
Конечно, кто-то может сказать: это некий шаг навстречу Скайнет (от англ. SkyNet - “небесная сеть” - искусственный интеллект, персонаж фильмов о Терминаторах. - Прим. ред.). Компьютер сам принимает решения!.. Но в противном случае мы не уследим за происходящим. Система самостоятельно должна отслеживать свое состояние, знать, что мы ожидаем от нее, и, сравнивая эти два понятия, предупреждать, если что-то идет не так. Чем больше суперкомпьютер, тем более автономным он должен быть. И, похоже, это уже становится некоторым законом.
Сказанное вызвало активное обсуждение участниками конференции. Как и предложение подумать о создании коллективного банка особенностей поведения суперкомпьютерных систем, ведь наверняка в каждом крупном суперкомпьютерном центре имеется свой опыт их сопровождения. Описав в виде формального набора правил такой “багаж ошибок и сбоев”, его можно потом распространить на все сообщество. Это в итоге позволит избежать многих неприятностей, способных привести к серьезным последствиям.
При обсуждении вопросов эффективности больших систем зашла речь и о структуре алгоритмов. Для работы в данном направлении представители НИВЦ МГУ предложили познакомиться с их новым проектом - AlgoWiki: открытой энциклопедией по свойствам алгоритмов и особенностям их реализации на разных программно-аппаратных платформах с возможностью коллективной работы всего мирового вычислительного сообщества. Зарегистрироваться и начать работу можно на сайте http://algowiki-project.org. Цель AlgoWiki - дать исчерпывающее описание алгоритма, которое поможет оценить его потенциал применительно к конкретной параллельной вычислительной платформе. Кроме классических свойств алгоритмов, например последовательной сложности, в AlgoWiki представлены дополнительные сведения, составляющие в совокупности полную картину об алгоритме: параллельная сложность, параллельная структура, детерминированность, оценки локальности данных, эффективность и масштабируемость, коммуникационный профиль конкретных реализаций и многие другие.
При выполнении проекта AlgoWiki, поддержанного грантом Российского научного фонда, была сделана ориентация на использование wiki-технологий с возможностью коллективной работы над энциклопедией всего вычислительного сообщества. На первом этапе проекта основное внимание уделялось отработке именно структуры описания алгоритмов. В настоящее время энциклопедия активно расширяется за счет описаний алгоритмов, составленных внешними экспертами, а также создается многоязычная версия, которая затем и станет основной.
Еще одной важной темой конференции стала “проблема номер один”, стоящая перед суперкомпьютерным миром на пути к ExaScale. Подробнее о ней рассказал в своем выступлении директор Института программных систем им. А.К.Айламазяна РАН член-корреспондент РАН Сергей Абрамов. Интерконнект, масштабируемость систем, новые математические методы, устойчивость к ошибкам, создание чипов и пр. - все это, несомненно, важно и требует внимания суперкомпьютерного сообщества. Но если говорить о столь актуальных сегодня вопросах импортозамещения и критических технологиях, то на первом месте должна стоять проблема, связанная с энергоэффективностью.
- Инженерная логика проста, - подчеркнул Сергей Михайлович. - Если мы хотим быстрее считать, значит, нам нужны все более эффективные системы охлаждения. Есть непреложная эволюция системы охлаждения, которая будет происходить в вычислительной технике. Впрочем, как и в любой потребляющей энергию электронике. В 2009 году прекратилась эра воздуха: мир стал переходить на жидкостное охлаждение.
Кстати, как напомнил Сергей Абрамов, именно 1 апреля на конференции ПаВТ, проходившей в 2009 году в Нижнем Новгороде, им впервые было представлено решение жидкостного охлаждения: “Для универсальных процессоров это был первый подход, мы обогнали всех в мире. Даже IBM представил свою машину на жидкостном охлаждении позже нас. Пусть и на три дня...”. С 2011 года все машины из Тор10 суперкомпьютеров мира работают на жидкостном охлаждении. Хотя 40% машин Тор500 все еще используют воздушные системы.
Для успешного движения по дороге к ExaScale необходимо, чтобы существующие парадигмы программирования развивались эволюционным путем, одновременно с поддержкой революционных парадигм, преодолением физических ограничений. И революционные технологии, разрабатываемые и внедряемые ведущими компаниями на российском рынке, позволяют ответить на “физические” вызовы времени.
На секциях и пленарных заседаниях с большим вниманием участники ПаВТ выслушали выступления представителей компаний-вендоров. Так, мнением компании Intel о трансформации подходов к высокопроизводительным вычислениям поделился Николай Местер, взгляд компании “РСК Технологии” на настоящее и будущее лидирующих сегодня массивно-параллельных систем представил Александр Московский, что думает компания “Т-Платформы” о движении от суперкомпьютинга к полному циклу инжиниринга и производства рассказал Александр Мурашов, а возможности платформ НР для высокопроизводительных вычислений, причем не только с точки зрения теории, но и с точки зрения практического применения, представил Вячеслав Елагин.
В дни конференции состоялось также собрание представителей Суперкомпьютерного консорциума университетов России. Его участники обсудили текущее состояние и актуальные задачи развития суперкомпьютерного образования в университетах России. Одной из новых инициатив консорциума стала организация и проведение серии семинаров “Суперкомпьютерные технологии и промышленные организации”. Первая такая встреча, посвященная СКТ в промышленности Самарского региона должна уже состояться 15 апреля. О проблеме, связанной с необходимостью обновления формата работы (а в ряде случаев создания) отделов и лабораторий современных информационных технологий в институтах и на заводах, говорил в своем выступлении представитель Института нефтехимии и катализа РАН Ирек Губайдуллин. Обсудили участники консорциума и вопросы организации регионального этапа отбора слушателей в Летнюю суперкомпьютерную академию, которая состоится в нынешнем году в Москве на базе МГУ (http://academy.hpc-russia.ru).
Познакомиться с материалами ПаВТ’2015 можно на сайте конференции - http://agora.guru.ru/display.php?conf=pavt2015.
Нина ШАТАЛОВА
Фото автора
