ФГБОУ ВПО «Пермский государственный национальный исследовательский университет»

Научно-образовательный центр «Параллельные и распределенные вычисления»

Развитие центра коллективного пользования Развитие центра коллективного пользования высокопроизводительными вычислительными высокопроизводительными вычислительными

ресурсами Пермского государственного национального ресурсами Пермского государственного национального исследовательского университетаисследовательского университета

Деменев Алексей Геннадьевич, директор НОЦ ПиРВ, доцент кафедры прикладной математики и информатики мех.-мат.ф-та ПГНИУ, к. ф.-м. н., доц., a-demenev@psu.ru

Программа развития ПГНИУ

• Тема - «Рациональное природопользование: технологии прогнозирования и управления природными и социально-экономическими системами».

• Направлена на создание системы подготовки кадров, генерацию новых знаний и технологий, инновационную деятельность для реализации приоритетного направления развития науки, технологий и техники «Рациональное природопользование».

• Сосредоточена на вопросах технологий прогнозирования и управления природными и социально-экономическими системами, по которым Университет находится на лидирующих позициях в Российской Федерации.

• Логическое продолжение инновационной образовательной программы, реализованной ПГУ в 2006-2007 гг. в рамках Национального проекта «Образование».

Научно-образовательные комплексы ПГНИУ• Реализация программы предполагается в рамках 4 научно-

образовательных комплексов:• • «Технологии изучения, освоения, прогнозирования и

управления георесурсами и геосистемами» (НОК1),• • «Моделирование и управление физическими и химическими

процессами, развитие технологий» (НОК2),• • «Наукоёмкие технологии управления живыми системами»

(НОК3),• • «Прогнозирование и управление процессами социально-

экономического развития стран и территорий на основе современных информационных технологий» (НОК4).

• Новые высокопроизводительные сервисы создаются по проекту «Развитие центра коллективного пользования высокопроизводительными вычислительными ресурсами – НОЦ ПиРВ» (руководитель Деменев А.Г.) в рамках НОК2

Центр коллективного пользования высокопроизводительными вычислительными ресурсами ПГНИУ• Миссия ЦКП ВВР - устранение барьеров, которые затрудняют

исследователям и разработчикам доступ к сверхмощным вычислительным ресурсам.

• Барьеры - высокая стоимость суперкомпьютерного оборудования и специализированного ПО для вычислений, а также дефицит специалистов, способных качественно выполнить сложные расчеты.

• Коллектив ЦКП ВВР: • предоставляет вычислительные мощности и ПО в пользование; • выполняет расчеты силами собственных экспертов; • помогает более эффективно управлять существующими

суперкомпьютерными ресурсами.• Ожидания заказчиков:• решение проблем клиентов с минимальными затратами;• кардинальное снижение издержек, • существенное повышение скорости внедрения инноваций.• Результат:• Новые продукты (товары, услуги);• увеличение конкурентоспособности.

АктуальностьМультиядерные и многоядерные

центральные процессоры (CPU) содержат от нескольких до десятков вычислительных ядер.

Многоядерные графические процессоры общего назначения (GPGPU) содержат от сотни до нескольких тысяч вычислительных ядер.

Объединяют высокоскоростными каналами связи

• компьютеры внутри лаборатории → вычислительные кластеры -.

• вычислительные кластеры разных лабораторий → грид-сети.

Суперкомпьютеры - вычислительные системы из списков TOP500 мира и TOP50 СНГ по производительности.

Актуальность

Суперкомпьютерные технологии, в т.ч.облачные

Технологии параллельных и распределенных вычислений

Информационные и коммуникационные

технологии

Современный компьютерный мир уже массово стал «параллельным» и «распределенным»

Поэтому требуются специалисты, компетентные в области технологий параллельных и распределенных вычислений.

Современные наука и техника не могут обойтись без применения высокопроизводительных вычислительных систем, в том числе суперкомпьютеров.

Поэтому требуются «элитные» специалисты, компетентные в области суперкомпьютерных технологий.

Ведущие университеты России должны создать научно-образовательную среду для подготовки таких специалистов.

Направление «Параллельные компьютерные технологии и высокопроизводительные вычисления» Инновационной образовательной программы

Требуется:• формулировать математическую

постановку задачи и выбирать численный метод так, чтобы был большой потенциал для распараллеливания вычислений;

• выбирать соответствующий или конструировать новый алгоритм такой, чтобы он допускал эффективную реализацию на многоядерных вычислительных системах;

• свободно владеть современными технологиями разработки параллельных и распределенных программ.

Научно-образовательный центр «Параллельные и распределенные вычисления» (2009). Цели

• обеспечение высокого уровня подготовки, переподготовки и повышения квалификации специалистов, в том числе высшей квалификации, по приоритетным и перспективным направлениям науки и технологий, используя новейшие результаты исследований и разработок в области параллельных и распределенных вычислений;

• повышение эффективности научных исследований и инновационной деятельности путем объединения усилий и ресурсов с Партнерами (ВУЗами, институтами, предприятиями),

Образовательные инновации в ПГНИУОсобенности инновационных учебных курсов:• самостоятельная работа студентов предусматривает

использование средств систем дистанционного обучения, а также активное использование Интернет-ресурсов в качестве источника информации;

• лабораторный практикум предусматривает проведение микроисследований в составе команды из двух-трех студентов.

Использование ресурсов Партнеров:• членов Суперкомпьютерного консорциума университетов России;• членов Национальной Суперкомпьютерной Технологической

Платформы;• участников инновационной программы «Университетский кластер»;• участников академических программ, инициируемых

компьютерными компаниями (IBM, Intel, HP, Nvidia и др.)

Суперкомпьютерный консорциум университетов России

ПГНИУ – постоянный член СКУР;СКУР – исполнитель президентского проекта “Создание системы

подготовки высококвалифицированных кадров в области суперкомпьютерных технологий и специализированного ПО”.

http://hpc-russia.ru

http://hpc-russia.ru http://hpc-education.ru http://hpc-education.ru

Инфраструктура программы «Университетский кластер» Сайт Программы:

• http://unicluster.ru • Ресурсы• Вычислительные

кластеры,• системы хранения

данных, • системы визуализации,• иные технические

средства.Каналы связи объединяют

Ресурсы в единую распределенную вычислительную инфраструктуру.

Технологическая платформа UniHUB.ru:

• http://unihub.ru

Академические программы IBM

Мэйнфрейм – бесплатно предоставлен IBM для дистанционного использования студентам в рамках международных конкурсов «z-Мастер»;

Студент Пермского университета в числе победителей конкурса 2012 г.

Суперкомпьютеры

Позволяют решать: • научные или инженерные задачи с широкой областью применения,

эффективное решение которых возможно только с использованием мощных (суперкомпьютерных) вычислительных ресурсов;

• проблему подготовки специалистов, обладающих компетенциями эффективно решать задачи в приоритетных направлениях науки и техники, а также развивать критические и прорывные технологии.

Исследователи университета решают научно-технические задачи:• разработка вычислительных и информационных технологий, в том

числе суперкомпьютерных и грид-технологий;• математическое моделирование и обработка данных лабораторных

экспериментов в области области био- и нанотехнологий, нелинейной физики, механики, математики, информатики, химии, наук о Земле и других;

• оптимизация конфигураций инженерно-технических сооружений и установок, а также соответствующих технологических процессов;

• разработка новых методов управления в экономике.

Суперкомпьютер в ТОП50

МВК с гибридной архитектурой (декабрь 2010)

• до 240 задач на вычислительных ядрах CPU Intel Xeon 5670,

• до 5376 подзадач на вычислительных ядрах GPGPU Nvidia Tesla S2050;

• высокоскоростная сеть QDR Infiniband позволяет в 40 раз быстрее обмениваться информацией между задачами, чем обычная сеть Gigabit Ethernet;

• 9,0 Терафлопс – пиковая (на операциях с вещественными числами двойной точности);

• 4,9 Терафлопс – на тесте Linpack (большие задачи линейной алгебры);

• суммарный объем оперативной памяти вычислительных узлов – 960 Гб DDR3+36 Гб GDDR5;

• система хранения данных – 20 Терабайт.

МВК с гибридной архитектурой (декабрь 2012)

Вычислительный кластер IBM• до 128 задач на

вычислительных ядрах CPU Intel Xeon,

• до 40 тыс. подзадач на вычислительных ядрах GPGPU Nvidia Tesla K20;

• высокоскоростная сеть FDR Infiniband позволяет в 40 раз быстрее обмениваться информацией между задачами, чем обычная сеть Gigabit Ethernet;

• 20 Терафлопс – пиковая (на операциях с вещественными числами двойной точности);

• суммарный объем оперативной памяти вычислительных узлов – 512 Гб DDR3+80 Гб GDDR5;

• система хранения данных – 30 Терабайт.

Облачные сервисы НОЦ ПиРВ ПГУSaaS• на базе открытых пакетов OpenFOAM, Salome, Paraview;• возможность решения задач механики сплошной среды;• визуализации больших объемов научных данных;• инструмент построения сложных расчетных сеток.PaaS• на базе ОС Linux (CentOS, Ubuntu, Open Suse);• средства разработки параллельного ПО;• возможность создания собственного ПО и участие в проектах Open

Source.IaaS• на базе Xen Cloud Platform 1.6;• возможность создания системного ПО и участие в проектах Open Source

по созданию ОС.HPCaaS• на базе Torque, Ganglia;• возможность решения задач высокой вычислительной сложности

Услуги НОЦ ПиРВ

НОЦ ПиРВ готов оказывать различные услуги, в том числе:• предоставление вычислительных ресурсов для

математического моделирования, вычислительного эксперимента, обработки информации в научно-образовательных и инновационных целях;

• производственная, эксплуатационная деятельность по программному обеспечению функционированию высокопроизводительных ресурсов университета.

В числе потенциальных пользователей услуг НОЦ ПиРВ высокотехнологичные предприятия Пермского края, реализующие инновационные программы развития.

В числе первых, кто протестировал возможности суперкомпьютера «ПГУ-Тесла» на своих задачах ОАО «ПМЗ» и ОАО «Авиадвигатель» , которым уже не хватает вычислительных ресурсов для реализации планов инновационного развития.

Список прочностных тестовых задач ОАО «Авиадвигатель»

Nнаименова

ние

приблизи тельный размер

сеточной модели

приблизитель ный размер на

диске, Мбтип

реша тель

1Рабочая

лопатка ПС-12

163671 узлов; 567317

элементов351

Расчет на прочность

ANSYS

2Корпус

вентилятора ПС-90А2

1094876 узлов; 984493

элементов136

Расчет пробиваемо сти корпуса

LS-DYNA

Решения задач ОАО «Авиадвигатель»

Газодинамические тестовые задачи ОАО «Авиадвигатель»

Nнаименова

ние

размер сеточной модели

размер на диске, Мб

тип реша тель

1Сопло Boeing

5 млн элементов

660газодинамический нестационарный

Fluent

2Вентиляторная ступень

ПС-904.5 млн узлов 2000

газодинамический нестационарный

ротор-статорCFX

3Камера

сгорания ПС-90

5 млн. элементов (1 млн. узлов)

110газодинамический стационарный с

горениемCFX

4 Сопло Д3030 млн

элементов3800

газодинамический нестационарный

Fluent

5Подпорная ступень ПС-

9018 млн узлов 8900

газодинамический нестационарный

ротор-статорCFX

Заключение

ПГНИУ выпускает специалистов с высоким уровнем компетентностей в области параллельных компьютерных технологий и высокопроизводительных вычислений, в т.ч. суперкомпьютерных и «облачных».

Создание в 2009 г. Научно-образовательного центра «Параллельные и распределенные вычисления» ПГУ нацелено на обеспечение еще более высокого уровня выпускников в этой области.

Реализация проекта «Развитие центра коллективного пользования высокопроизводительных вычислительных ресурсов – НОЦ ПиРВ» создает коллектив исследователей и разработчиков Пермского государственного национального исследовательского университета, способных выполнять комплексные междисциплинарные проекты, эффективно используя суперкомпьютеры.

При реализации своих проектов ПГНИУ может опираться на ресурсы, компетенции и помощь своих партнеров.

Надеюсь на плодотворное и взаимовыгодное сотрудничество!

Пермский государственный национальный исследовательский университет: [сайт].

URL: http://www.psu.ru/

Деменев Алексей Геннадьевич

• Тел. (342)2396409• Факс (342)2396584E-mail: A-demenev@psu.ruhttp://Demenev.livejournal.com