Российские супер-ЭВМ не сдаются

Еще лет 5 назад понятие "российский суперкомпьютер" звучало абсурдно: популярное в СССР направление в эпоху реформ было благополучно забыто. Однако с запуском в РФ нескольких суперкомпьютеров мирового уровня, в том числе и самого нового - "СКИФ Cyberia" в Томске - возродился и начал активно развиваться целый рынок решений HPC – высокопроизводительных компьютерных систем. И что особенно радует, российские компании смогли занять на нем достойное место.

До 2007 года самым мощным российским суперкомпьютером был МВС-15000ВМ, запущенный в МСЦ РАН в 2005 году. Он имеет пиковую производительность 10 терафлоп и не так давно находился в первой сотне самых мощных суперкомпьютеров мира (99 место Top-500 за ноябрь 2006 г.). Однако в последней редакции рейтинга (июнь 2007 г.) переместился на 187 строчку. Строительство МВС-15000ВМ обошлось в 5 млн долл. В феврале этого года в Томском государственном университете заработал суперкомпьютер "СКИФ Cyberia", создатели которого уложились в 54 млн рублей (2 млн долл.) и 3 месяца работ. С пиковой производительностью 12 терафлоп он стал самым мощным в России и всей Восточной Европе. "СКИФ Cyberia" занимал 72 место в списке самых мощных компьютеров мира Top-500, правда, в июне выбыл из первой сотни и переместился на 105 позицию. Да и в лидерах российского рейтинга Top-50 ему, кажется, осталось пребывать недолго. Межведомственный компьютерный центр РАН намерен в ближайшем будущем построить суперкомпьютер с пиковой производительностью 80 терафлоп. Это в 6 раз превышает достижения Cyberia.

Количество установленных суперкомпьютеров в России увеличивается, однако для полноценного развития отрасли необходим выпуск и использование суперкомпьютеров в промышленных масштабах. По мнению российских производителей HPC-систем, их рынок оформился только 2 года назад. В 2005 году, по оценкам IDC Russia, его объем составил около 12,6 млн долл. В 2006 году, по оценке экспертов, рынок вырос на 150-200%, а в ближайшие 3 года рост продолжится очень высокими темпами – не менее 50% в год. Потенциал спроса на "супермашины" оценивается как минимум в 100 млн долл. Действительно, российскому рынку HPC есть куда расти – для сравнения, по данным IDC, мировой рынок суперкомпьютеров в 2005 году составил 9,1 млрд долл. Это соответствует 17,7% мирового рынка серверов, который в 2005 году составил 51,3 млрд долл.

Глубоких исследований HPC-отрасли российского ИТ пока нет, но, как считают эксперты, лидерами этого рынка являются традиционные международные поставщики подобных решений – IBM и HP. "Рынок HPC в нашей стране еще только набирает обороты, поэтому число его участников невелико, - прокомментировал Юрий Голдаев, эксперт IDC Russia. - В основном на нем представлены ведущие мировые производители серверного оборудования".

Распределение поставщиков по количеству суперкомпьютеров, представленных в рейтинге Top-50 России и СНГ

Источник: Научно-исследовательский вычислительный центр МГУ, Межведомственный Суперкомпьютерный Центр РАН, 2007

По данным аналитиков, в тройку лидеров, наряду с IBM и HP, входит и российская компания "Т-Платформы". Ею были построены "СКИФ К-500", "СКИФ К-1000" и "СКИФ Cyberia" – участники международного рейтинга Top-500. А в новой редакции рейтинга Top-50 самых мощных суперкомпьютеров России и СНГ от 11 апреля 2007 г. доля решений "Т-Платформы" составляет 30% - столько же, сколько у IBM.

В то же время, в последние 2 года на HPC-рынке активизировал свою деятельность другой российский игрок – компания Kraftway, которая, по словам ее руководства, поставляет HPC-системы с 1997 года. Сейчас компания в основном предлагает HPC-решения, ориентированные на промышленный сектор, в котором предъявляются повышенные требования к надежности. В частности, в конце 2006 года компания выиграла тендер на поставку HPC-установки в отделение "Росгидромета" в Санкт-Петербурге.

Еще одним показателем роста профессионального уровня российского HPC-рынка является постоянное уменьшение доли "самосбора" - т.е. систем, собранных силами самих пользователей. Например, если 2 года назад в российском Top-50 на долю таких систем приходилось около 12%, то в последней его редакции эта доля уже составляет 6% (только 3 системы). При этом растет профессионализм не только поставщиков, но и заказчиков. Как вспоминает Всеволод Опанасенко, генеральный директор "Т-Платформы", в 2004 году приходилось буквально упрашивать людей взять и попробовать HPC-систему. "Нужно было очень много и долго объяснять, что это такое, для чего нужно и чем отличается от калькулятора. Через год заказчики уже говорили: хорошо, давайте попробуем. А сейчас клиенты приходят и говорят: нам нужна такая-то система с такими характеристиками и для таких задач" , - сказал он.

Все поставщики HPC-систем в один голос говорят о высоком барьере вхождения на этот рынок. Величина первоначальных затрат объясняется необходимостью значительных инвестиций в подготовку и повышение квалификации специалистов, проведение исследований и разработок. "Как и любой быстрорастущий сектор, рынок HPC-систем привлекает к себе повышенное внимание, и появление новых игроков не исключено. В то же время, для построения эффективных HPC-систем требуется высокий уровень экспертизы в специфических областях, что ограничивает число компаний, способных бороться за этот рынок", – считает Юрий Голдаев. Например, "Т-Платформы" в 2005-2006 годах вложила около 1,5 млн долл. в исследования, разработки и развитие экспертизы. Kraftway на эти цели уже направил более 0,5 млн долл. Поэтому в появление новых отечественных игроков верится с трудом – уж очень мало в России компаний-поставщиков компьютерной техники, способных вкладывать такие ресурсы в кадры и НИОКР. С другой стороны, не скоро объявятся в нашей стране и другие известные зарубежные поставщики HPC-решений – рынок для них еще слишком мал.

Виртуозы поневоле

Научно-исследовательские программы ведущих российских "суперкомпьютерщиков" не ограничиваются тестированием платформ и компонентов, из которых стоятся HPC‑системы. Сейчас они также разрабатывают свое ПО и "железо" для HPC-решений. Так, при строительстве суперкомпьютеров по программе "СКИФ" был специально разработан и запатентован термодизайн вычислительных узлов.

Для "СКИФ Cyberia" модифицировали даже системную плату, заменив стандартный набор микросхем для увеличения производительности приложений.

Также для Cyberia спроектирована специальная воздушно-водяная система охлаждения, заменившая традиционную воздушную. Кстати, на такой шаг пришлось пойти вынужденно: из-за скромных размеров помещения, в котором находится суперкомпьютер ТГУ. "Т-Платформы" также использует разработанную совместно в рамках программы "СКИФ" сеть управления и мониторинга вычислительных узлов, специалисты компании готовят к выходу опытные образцы собственных плат для interconnection network (специальная высокоскоростная сеть обмена данными между вычислительными узлами суперкомпьютера).

В свою очередь, Kraftway разработал собственную систему жидкостного охлаждения для ферм серверов и HPС-решений. Также компания создает собственное ПО управления и мониторинга вычислительных узлов, проводит оптимизацию ПО заказчиков и сторонних поставщиков для работы на HPC-системах.

С пиковой производительностью 12 терафлоп "СКИФ Cyberia" стал самым мощным суперкомпьютером в России и всей Восточной Европе.

Следует упомянуть и о результатах работы отечественных научных организаций в рамках государственных программ. В частности, результатом реализации программы "СКИФ" стали не только три знаменитых суперкомпьютера. В рамках этой программы были выпущены 16 опытных образцов HPC-систем и подготовлен комплект конструкторской документации, по которому можно наладить серийное производство суперкомпьютеров в промышленных масштабах. "Традиционно считается, что российские "суперкомпьютерщики" больше усилий направляют на совершенствование программной части и более "виртуозное" использование "железа" HPC-систем", - прокомментировал Владимир Левин, научный руководитель НИИ "Квант". - "Поэтому, если сравнить наши HPC-системы с аналогичными по уровню и пиковой производительности зарубежными системами, то можно увидеть, что реальная производительность российских разработок часто выше, чем у зарубежных аналогов".

Очевидно, что проведение самостоятельных исследований и разработок требует создания собственных исследовательских центров. Более того, наличие такого центра является своеобразной "визитной карточкой" серьезного поставщика HPC-решений. Это хорошо понимают и в России, поэтому ведущие компании создали такие лаборатории сразу же, как начали заниматься HPC.

Основное назначение этих отделов – тестирование платформ и компонентов для HPC, доработка и оптимизация ПО заказчиков на действующих образцах суперкомпьютерных систем. Но, кроме того, они могут стать площадкой для продажи дополнительных услуг.

Кому это нужно?

Не секрет, что суперкомпьютеры – атрибуты сильных стран с развитой экономикой. В государствах, которые лидируют в области HPC, суперкомпьютеры рассматриваются как обязательный элемент национальной инфраструктуры подобно транспорту, энергетике, системам безопасности и т.д. С помощью суперкомпьютеров обеспечивается функционирование и развитие всех отраслей экономики, решаются задачи национальной безопасности, проводятся научные исследования. "В отличие от США и стран Западной Европы, в России HPC-системы пока находят лишь ограниченное применение", - рассказывает Юрий Голдаев. – "Одна из основных причин этого в том, что до последнего времени государство практически не выделяло средств на приобретение высокопроизводительных систем. Но есть основания полагать, что ситуация быстро изменится".

К счастью, российские государственные ведомства начинают понимать важность суперкомпьютеров как инфраструктурного элемента, изучают возможные пути их использования, начинают выделять на это деньги. Сегодня основным двигателем российского HPC-рынка являются научные организации и ВУЗы. Так, 30% систем из списка Top-50 России и СНГ используются в науке и образовании. Также в последнее время наметилась тенденция создания своеобразных суперкомпьютерных "хабов" на базе университетов – т.е. ВУЗу выделяются средства для строительства суперкомпьютера, который потом могут использовать все предприятия региона. Такая система уже работает в Санкт-Петербургском государственном политехническом университете, то же самое планируется сделать в Томском университете на базе "СКИФ Cyberia".

Программа "СКИФ", которая проводилась с 2000 по 2004 гг., является пока единственной на сегодня государственной целевой суперкомпьютерной программой. Ее общий бюджет составил около 10 млн долл. Для сравнения: правительство США ежегодно тратит 2-3 млрд долл. на суперкомпьютерные программы. Сейчас участники проекта "СКИФ" активно занимаются разработкой новой программы - "СКИФ-ГРИД", которую планируется осуществить в 2007 - 2010 г г. Ее основными задачами будет создание суперкомпьютеров "СКИФ" нового поколения, а также исследование и внедрение GRID-технологий, которые позволяют объединять ресурсы разнородных, удаленных друг от друга суперкомпьютеров в единую вычислительную среду. В июне 2006 года российское правительство одобрило предложение Минобрнауки РФ о разработке этой программы, получено одобрение белорусской стороны. Сейчас ожидается завершение утверждения российскими ведомствами и советом министров Союзного государства Россия и Беларусь. Планируется, что бюджет "СКИФ-ГРИД" может в два-три раза превысить бюджет программы "СКИФ".

Вторым по динамике освоения HPC-технологий является промышленный сектор. В частности, 20% систем из Top-50 работают на российских промышленных предприятиях - в основном это машиностроительные предприятия и добывающая отрасль. "Некоторые наши клиенты из промышленного сектора рассматривают сейчас суперкомпьютер как ресурс, на котором можно заработать, сделав необходимые расчеты и улучшив качественные показатели своего продукта, - рассказывает г-н Опанасенко. - И такие клиенты начинают реально зарабатывать деньги благодаря HPC-ресурсу". Рост интереса к суперкомпьютерам со стороны индустрии закономерен - все-таки промышленность в стране возрождается и выходит на тот уровень, когда экстенсивного развития уже недостаточно и требуется качественное развитие производства.

Исторический момент

Первым советским суперкомпьютером считается ЭВМ БЭСМ-6, разработанная в 1967 году. В 80-х годах прошлого века из бюджета СССР финансировались около десятка проектов по разработке и созданию оригинальных суперкомпьютерных решений. Основными из них были "Эльбрус" и "Электроника СС-БИС". Также велась разработка целого семейства так называемых спецпроцессоров для ЕС ЭВМ.

С началом развала СССР часть команд разработчиков свернула исследования, часть специалистов уехала за границу.

Некоторое оживление наступило с появлением в России в середине 90-х зарубежных HPC-систем, однако они имели относительно невысокую мощность из-за существовавших в то время ограничений на экспорт высоких технологий из стран Запада.

В то же время, некоторые отечественные разработчики, проводившие исследования в смежных областях и существовавшие на деньги зарубежных партнеров, смогли пережить кризис. Так, например, группа "Эльбрус" продолжила разработки совместно с компанией Sun Microsystems. Институт программных систем РАН (исполнитель российско-белорусской программы "СКИФ") выжил благодаря участию в международных программах и грантах.

Возрождение суперкомпьютинга началось с создания в 1996 году в Москве

Межведомственного суперкомпьютерного центра (МСЦ) усилиями Российской академии наук (РАН), Миннауки, Минобразования и Российского фонда фундаментальных исследований (РФФИ). 

Вторым двигателем российского суперкомпьютинга стала программа "СКИФ", осуществляемая совместно Россией и Белоруссией. Она стартовала в 2000 году и в ее рамках была произведена разработка семейства суперкомпьютеров "СКИФ", наиболее известные из которых – "СКИФ К-500" и "СКИФ К-1000".

Олег Кононенко 

Источник:  CNews