В гонке суперкомпьютеров у России свой путь

В рейтинге суперкомпьютеров мира первое место заняла машина из США IBM Summit. Лучшая российская ЭВМ «Ломоносов-2» занимает лишь 72-е место с разницей в производительности в 100 раз Проигрываем? Да, на первый взгляд так и есть.

Рейтинг топ-500 подсчитывается и публикуется каждые полгода. Долгое время — пять лет, если быть точным, с июня 2013 года — его возглавляла китайская машина Tianhe-2A с пиковой производительностью 54,9 петафлопс (54,9 квадриллионов операций) в секунду. Правда, и энергии эта машина забирала огромное количество — под 18 мегаватт. Что важно для дальнейшего понимания — обычный компьютер средней мощности потребляет 220 ватт/час, а в данном случае столько же потребляет районный центр с населением 70-80 тысяч человек.

Затем этот компьютер сменил на первом месте китайский же агрегат Sunway TaihuLight со скоростью 93 петафлопс (125,4 Пфлопс на пике) и несколько менее затратный в смысле энергетики — 15,4 МВт.

И вот теперь в чемпионах снова американцы. Сегодня самым мощным суперкомпьютером в мире признан Summit, который был создан в компании IBM по заказу Национальной лаборатории Оук-Ридж Министерства энергетики США. Его рабочая производительность оценивается в 122,3 петафлопс (187,6 на пике). И «ест» он куда меньше китайских «коллег» — всего около 9 МВт.

Интересные для специалиста детали приводит в своем материале на эту тему на портале Ruposters обозреватель Илья Плеханов: «Новый американский Summit состоит из 4 608 двухпроцессорных серверов IBM AC922 на базе 22-ядерных процессоров IBM Power9, в каждом из которых работает шесть графических процессоров NVIDIA Tesla V100. Для внутренних соединений используется сеть Mellanox dual-rail EDR InfiniBand с пропускной способностью 200 Гбит/с на каждый сервер. Суперкомпьютер работает под управлением операционной системы Red Hat Enterprise Linux 7.4».

Кроме того, автор отмечает, что в ходе запущенных еще до завершения окончательного создания системы вычислений была зафиксирована производительность в 1,88 эксафлопс. Об этом заявил сам директор Национальной лаборатории Оук-Ридж Томас Захария, подчеркнув, что это первый случай в истории, когда был преодолен барьер в 1 эксафлопс.

Напомним в скобочках, потому что это тоже важно для полного понимания ситуации, что Министерство энергетики США ведет тему ядерного оружия, а центр Оук-Ридж с 1943 года занимается ядерными исследованиями. И суперкомпьютеров, в том числе бывших чемпионов топ-500, там несколько.

Тем временем у нас в России самый мощный на настоящий момент суперкомпьютер «Ломоносов-2» занял в мировом рейтинге только 72-е место с рабочей производительностью 2,5 Пфлопс и пиковой — около 5 Пфлопс. Разрыв, как видим, колоссальный — в два порядка, почти в 50 раз! Так что, мы опять съехали вниз в гонке высоких технологий? Ведь даже предтеча второго «Ломоносова», просто «Ломоносов», в июне 2011 года занимал 13-е место в тoп-500!

К тому же, что немаловажно, в нашем суперкомпьютере используются американские элемент: 14-ядерные Xeon E5-2697v3 14C, 12-ядерные Intel Xeon Gold 6126, графический процессор Nvidia K40m/P-100. Правда, разработчик свой — «Т-Платформы». Но все равно, как указывают специалисты, компонентная база на русских суперкомпьютерах на 99% импортная.

В то же время китайцы, еще относительно недавно известные в качестве похитителей технологий, в своих суперкомпьютерах используют уже собственные процессоры — Sunway SW26010 260C 1.45GHz. Так что, мы совсем отстаем?

Нет, мы просто исходим из своих задач

Так пояснил ситуацию один из хорошо информированных специалистов, заместитель директора по науке Российского фонда фундаментальных исследований (РФФИ), член-корреспондент РАН Игорь Шеремет.

Суперкомпьютер — это устройство, нужное для того, чтобы делать вычисления с большим количеством данных и переменных, обозначил он исходный пункт. И тут важна не только «физическая» производительность машины, но и сущность конкретных задач, которые мы перед собой ставим.

«Если я хочу моделировать процесс с точностью до девятого знака после запятой, то мне понадобится экзафлопный компьютер. А если мне достаточно лишь шести знаков, то я просчитаю нужную мне задачу и на петафлопном. И если шести знаков достаточно, то зачем мне переходить еще на три знака в производительности суперкомпьютера?» — заявил замдиректора РФФИ.

Вообще, сам по себе Российский фонд фундаментальных исследований — один из первоисточников самой идеологии работы на суперкомпьютерах. Начиная с 2009 года РФФИ организует конкурсы ориентированных исследований по фундаментальным вопросам создания и использования супер-ЭВМ. По тематике этих конкурсов можно видеть эволюцию, которую совершила отечественная научная мысль в этом секторе.

В ходе исследовательских работ по данному вопросу, а на их финансирование фонд, по словам Игоря Шеремета, выделял по 30-40 миллионов рублей в год («что, как показали полученные результаты, окупилось многократно», подчеркнул ученый), был разработан целый ряд новых математических моделей, вычислительных алгоритмов и прикладного программного обеспечения. Именно это помогает сегодня на действительно не самых быстрых машинах добиваться более чем паритетного конечного результата с «потенциальным партнером».

«Обращу на это отдельное внимание, — подчеркнул Шеремет. — Сами по себе характеристики быстродействия очередного чемпиона в классе супер-ЭВМ — это всего лишь основа для реального быстродействия при решении конкретных задач».

Это не самоцель — занять первое место, — заявил он. — Если у кого-то много денег и он ищет, куда их потратить, то пусть он борется за первое место. Мы немножко в иной ситуации. Мы должны исходить от конкретных задач. И здесь многое зависит даже не от математиков, а от механиков, химиков, биологов. Если в результате их совместной кооперативной работы получается, что биологи, например, говорят, что им и четырех знаков достаточно, тогда вполне достаточно и того суперкомпьютера, что есть».

То есть в борьбе с потенциальными партнерами мы исходим из наших собственных задач, а не из их амбиций? Но тем не менее очень неприятно, что в рейтинге пятисот лучших компьютеров китайцы с американцами дерутся за первое место, а мы в лучшем случае на 70-х позициях... Или это так, обывательское переживание, непрофессиональное?

Знаете, почему у нас сложились в свое время космический и ядерный проекты? — отвечает вопросом на вопрос научный заместитель директора РФФИ. — Если бы мы гнались тогда за какими-то частными направлениями, мы никогда бы эти проекты не реализовали. Но на самом деле тогда была создана, отработана, реализована и доказала свою крайнюю эффективность система иерархического целеполагания. Та, при которой ставились конкретные задачи, а далее — подзадачи к ним, и так до более-менее понятных и решаемых на том уровне развития техники и технологий. И выяснялось, что можно весьма дешевыми элементами и весьма ограниченным их количеством решать ту правильно сформулированную конечную задачу, которая перед страной стояла в то время.

Я покажу это на таком примере. Взять тот же Крымский мост. Или нефтегазопроводы. Даже чемпионат мира. Везде в том или ином виде задействована система программного целевого планирования и управления, которая была отработана в Советском Союзе и которая тогда позволила вывести страну на лидирующие позиции после просто губительной, страшной, разрушительной войны. И эта культура не утеряна.

А если бы мы стали строить мост и обнаружили, что у нас нет таких кирпичей, которые есть в других странах? Что же, давайте соревноваться с ними в кирпичах? И 10 лет ждать, пока достигнем нужных характеристик кирпичей? Либо у них покупать за огромные деньги? Нет, мы идем другим путем. Мы находим другие архитектуры, другие конструкции, другие подходы к обеспечению надежности, безопасности, технологичности. И, образно говоря, делаем такие мосты из своих кирпичей».

А потому и сегодня мы в ключевых оборонных приложениях вообще не уступаем никому, никакому потенциальному партнеру. В этом член-корреспондент РАН Игорь Шеремет, известный специалист в области системного анализа, информационных технологий, кибербезопасности, вычислительных и телекоммуникационных систем, бывший заместитель начальника Генштаба, возглавлявший Военно-научный комитет вооруженных сил России, уверен на все сто.

Александр Цыганов

* * *