Параллельные вычисления и солнечный ветер: впечатления пользователя

Проф. Д.Д.Соколов, Физический факультет МГУ

Несколько недель назад в Научно-исследовательском вычислительном центре появился компьютерный кластер для параллельных вычислений. Это - долгожданное событие. Наши вычислительные возможности серьезно отстают от возможностей иностранных коллег и их улучшение совершенно необходимо для того, чтобы мы могли на равных участвовать в научных исследованиях. Но все не так просто. На каждом шагу кажется, что легче пойти по проторенному пути и вместо освоения новой техники договориться с иностранным соавтором о совместной работе, в которой будут объединены наши идеи и западная вычислительная техника. Поэтому, выбирая вместе с коллегами из Института механики сплошных сред Уральского отделения РАН задачу для вычислительного кластера, мы думали прежде всего о том, чтобы встретиться с минимумом технических трудностей. Нам казалось, что мы ставим еще одну рутинную задачу в длинной серии исследований.

Мы занимаемся поведением магнитного поля в потоке проводящей жидкости, т.е. в плазме Солнца, звезд, галактик и т.д. Исследователи давно замечали, что магнитное поле в солнечном ветре по мере удаления от Солнца становится сонаправленным с полем случайных скоростей плазмы, возникает своеобразное когерентное состояние. Давно предполагалось, что это состояние характерно для поздних стадий магнитогидродинамической турбулентности, однако даже на самой современной вычислительной технике можно проследить лишь первые этапы развития этого состояния. Несколько лет назад нам удалось кардинально упростить соответствующие уравнения так, чтобы задача стала доступной для современных компьютеров. Серия совместных работ с коллегами из Швеции и Италии, что-то стало яснее, но видно, что мы еще не понимаем чего-то очень важного в образовании когерентного состояния.

Мы обсуждаем по электронной почте программу работ аспиранта Т.Антонова, которому за две недели командировки предстоит освоить кластер и получить какие-то результаты. Научный руководитель, проф. П.Г.Фрик и я согласны - нужно быть реалистами и поставить задачу с минимумом обмена информации между параллельными процессорами, а это значит - запустить 24 реализации магнитного поля и поля скорости (по числу процессоров) и сравнивать эти реализации. Дальше - тяжелая неделя, когда мы сталкиваемся с трудностями, порожденными своей неопытностью и неподготовленностью к параллельным вычислениям. Известный специалист по параллельным вычислениям Вл.В.Воеводин и сердобольный А.А.Куликовский, уже прошедший этот путь как пользователь, помогают нам преодолеть нашу неопытность. Много полезного удается почерпнуть на сайте http://parallel.ru/cluster, посвященном кластеру.

И вот первый результат. На дисплее появляются графики эволюции 24 реализаций и мы понимаем, почему предыдущие результаты были такие неустойчивые и невыразительные. Переход в когерентное состояние представляет собой стохастический процесс. В одной реализации он происходит быстро, в другой требуется заметное время, чтобы когерентность стала заметной, а есть и такие реализации, когда когерентность достигается лишь локально, а при взгляде на всю систему она мало заметна.

Мы видим, что кластер считает быстро, намного быстрее, чем та техника, которая была доступна нам раньше и не хуже, чем та техника, которой пользовались наши иностранные соавторы. Но дело даже не в быстродействии как таковом. Даже хорошо исследовав одну реализацию, трудно схватить стохастический характер процесса. Очень трудно надеяться, что кто-то десятки раз повторит один и тот же длинный и утомительный расчет. Невероятно, чтобы подобное явление удалось заметить, обмениваясь файлами с иностранным коллегой. Только сочетание полученных в России теоретических разработок и вычислительных мощностей ставшего доступным первого в МГУ супервычислителя позволяют получить результат, который, как мы верим, является ключевым в этой области.

Потом я еду в Пермь, две недели мы расшифровываем данные расчетов, в интернетовском журнале "Вычислительные методы и программирование", издающимся в НИВЦе, появляется наша заявочная статья с первыми результатами вычислений, дальше предстоит более долгая работа по сопоставлению полученных результатов со всем объемом знаний, накопленных в этой области. Еще один кирпичик прибавляется к накопленным знаниям, но мы уже никогда не будем сомневаться, стоит ли осваивать новую технику.

За дополнительной информацией можно обращаться к Дмитрию Дмитриевичу Соколову по электронной почте: sokoloff@dds.srcc.msu.su.

Читайте другие статьи серии Суперкомпьютерные технологии рядом с нами.

© Лаборатория Параллельных Информационных Технологий, НИВЦ МГУ