Отечественные суперкомпьютеры семейства МВС

Создание и использование суперкомпьютеров в мире относится к факторам стратегического значения и входит в первую десятку приоритетов "ключевых" технологий развитых стран. В настоящее время в США эксплуатируются суперкомпьютеры с производительностью более триллиона операций в секунду, что дает возможность ускорения работ в области фундаментальных исследований, решения прикладных задач народнохозяйственного и оборонного комплекса. США, Япония и страны Западной Европы резко ограничивают возможность приобретения Россией мощных вычислительных систем. Кроме того, зарубежные вычислительные системы такого уровня непомерно дороги и их эксплуатационное освоение затруднено.

Проблема создания конкретных суперкомпьютеров требуемого уровня мощности для наиболее крупных российских вычислительных центров решается на основе сбалансированного целенаправленного сочетания закупок новейших комплектующих изделий, создания на этой основе отечественных суперкомпьютерных систем, их интеграция в информационно-вычислительные сети и необходимых усилий в области применения, т.е. в разработке прикладных программ и методов математического моделирования. Эта концепция реализована в мультипроцессорной вычислительной системе МВС-100, которая создана в кооперации научно-исследовательских институтов Российской академии наук и промышленности (головные организации НИИ "Квант" РАСУ и ИПМ РАН). Система построена на основе микропроцессоров с быстродействием порядка 100 миллионов операций в секунду, межпроцессорное взаимодействие осуществляется с помощью транспьютеров. Установки МВС-100 с суммарной производительностью более 50 миллиардов операций в секунду в течение нескольких лет успешно эксплуатируются в вычислительных центрах РАН (в Москве, Екатеринбурге, Новосибирске, Владивостоке) и в отраслевых ВЦ. При этом решены сложные прикладные задачи качественно нового уровня из области аэродинамики для самолетостроения и создания реактивных двигателей, ядерной физики, управления динамическими системами, распознавания изображений при навигации движущихся объектов, сейсмогеологоразведки, нефтедобычи, метеорологии, биоинженерии и др. Показана возможность эффективного распараллеливания вычислений и обработки данных.

В сложившейся кооперации проведены работы по созданию системы нового поколения - МВС-1000 на микропроцессорах типа Alpha с технологическими нормами 0,35 мкм и быстродействием до 1-2 млрд. оп./с. В течение 1998 г. на эксплуатируемых установках этого типа отрабатывалось программное обеспечение и решен ряд новых сложных реальных вычислительных задач. К настоящему времени введена в действие система с производительностью 200 млрд. оп./с. для Межведомственного суперкомпьютерного центра (Миннауки, Минобразования, РАН, РФФИ); предполагается дальнейшее наращивание мощности. Освоен режим телекоммуникационного доступа к МВС, в т.ч. по Internet, с обеспечением требований защиты информации. Предстоят дальнейшие разноплановые работы по техническому и математическому освоению созданных систем, развитию их программного обеспечения. Эти работы входят в соответствующие целевые научно-технические программы федерального и ведомственного уровня.

К настоящему времени за рубежом развернут выпуск новейших микропроцессоров с технологическими нормами 0,25-0,18 мкм и тактовой частотой 700-800 МГц; появляются также возможности увеличения объемов памяти и интенсификации межпроцессорного обмена. Все это позволит строить системы с еще более высокими технико-экономическими показателями (производительность/стоимость), чем у существующих образцов МВС-1000. На такого рода элементной базе намечено провести разработку типовых процессорных модулей, чтобы впоследствии, путем их тиражирования и объединения, создавать вычислительные системы для решения новых задач науки и образования России, а также для ряда специальных применений.

Конструктивные особенности

Массово-параллельные масштабируемые системы МВС предназначены для решения прикладных задач, требующих большого объема вычислений и обработки данных. Суперкомпьютерная установка системы МВС представляет собой мультипроцессорный массив, объединенный с внешней дисковой памятью и устройствами ввода-вывода информации под общим управлением персонального компьютера или рабочей станции.

МВС-1000 - система 3-го поколения, основана на использовании микропроцессоров Alpha 21164 (разработка фирмы DEC-Compaq; выпускается также заводами фирм Intel и Samsung) с производительностью до 1-2 млрд. операций в секунду и присоединенной оперативной памятью объемом 0,1-2 Гбайт.

Мультипроцессорный массив системы с блоками вторичного электросилового питания и вентиляцией располагается в стойках размером 550x650x2200 мм3 промышленного стандарта; вес заполненной стойки - 220 кг, потребляемая мощность до 4 кВт.

В основном исполнении системы межпроцессорный обмен структурно аналогичен используемому в системе МВС-100 и реализуется в двух модификациях: на базе "транспьютероподобного" связного микропроцессора TMS320C44 (фирма Texas Instruments), имеющего 4 канала с пропускной способностью каждого - 20 Мбайт/с, либо на базе связного микропроцессора SHARC ADSP 21060 (фирма Analog Devices), имеющего 6 внешних каналов с пропускной способностью каждого - 40 Мбайт/с.

Исполнение МВС-1000К отличается использованием для межпроцессорного обмена коммутационной сети MYRINET (фирма Myricom, США) с пропускной способностью канала в дуплексном режиме 2x160 Мбайт/с. Кроме того, предусмотрено подключение к каждому процессору памяти на жестком диске с объемом 2-9 Гбайт.

В стандартной стойке располагается до 64 процессоров системы МВС-1000 или 24 процессоров системы МВС-1000К. Предусмотрены средства системного объединения стоек для установок с большим числом процессоров.

В программном обеспечении МВС используется, в числе прочего:

• языки FORTRAN и С (С++), дополнительные средства описания параллельных процессов;
• программные средства PVM и MPI (общепринятые для систем параллельной обработки);
• средства реализации многопользовательских режимов и удаленного доступа.

© Лаборатория Параллельных Информационных Технологий, НИВЦ МГУ