Зарегистрироваться

Просто Супер!

Категория: информатика | Источник: poisknews.ru

Стремительное развитие суперкомпьютерных технологий поставило перед высшей школой России задачу подготовки специалистов в области высокопроизводительных вычислений. В рамках создания национальной системы подготовки кадров в области суперкомпьютерных технологий и высокопроизводительных вычислений Суперкомпьютерным консорциумом университетов России запланирован целый комплекс мероприятий по развитию научно-образовательных центров подготовки и переподготовки кадров, обучению на их базе не менее 500 специалистов высшей квалификации в течение 2010-2012 годов. Это определено проектом Комиссии при Президенте РФ по модернизации и технологическому развитию экономики России «Создание системы подготовки высококвалифицированных кадров в области суперкомпьютерных технологий и специализированного программного обеспечения».

 

О том, как намерены члены Суперкомпьютерного консорциума университетов России решать столь амбициозную и масштабную задачу, «Поиск» будет рассказывать в регулярных спецвыпусках.

 

*   *  *

 

Выйти в лидеры

 

Одно из основных направлений деятельности Суперкомпьютерного консорциума университетов России – подготовку специалистов, повышение квалификации и переподготовку кадров в области суперкомпьютерных технологий (СКТ) – вряд ли можно рассматривать в отрыве от других направлений работы консорциума: внедрения СКТ в российском образовании, науке и промышленности, координации взаимодействия вузов России, коммерческих компаний и промышленных предприятий, содействия развитию сети высокоэффективных суперкомпьютерных центров в России. Подробнее об этом рассказывает ректор МГУ им. М.В.Ломоносова, президент Суперкомпьютерного консорциума университетов России, академик РАН Виктор САДОВНИЧИЙ.

 

- Суперкомпьютерные технологии сегодня отнесены к числу важнейших направлений развития страны. Их активное и эффективное применение не только способствует модернизации промышленности, но и обеспечивает лидерство в глобальной экономической конкуренции.

 

Высококвалифицированные специалисты в области суперкомпьютерных технологий в России сегодня сосредоточены в основном в научно – исследовательских институтах и вузах. Как правило, такие специалисты ориентированы на работу с достаточно узкими классами вычислительных архитектур и прикладных задач, что объясняется их связью с конкретными предметно ориентированными научными школами. Такая специфика кадрового состава позволяет обеспечить развитие исследований в области суперкомпьютерных технологий и их приложений по отдельным разделам науки. Однако дальнейшее внедрение полученных результатов в экономику является затруднительным. Потому-то и требуется подготовка новых кадров высшей квалификации – специалистов для науки, промышленности и бизнеса.

 

Московский университет уже сейчас активно двигается в данном направлении. Развитие суперкомпьютерных технологий составило содержание одного из направлений деятельности Московского университета, определенных Программой развития МГУ. Еще два года назад на базе четырех подразделений МГУ: Научно -исследовательского вычислительного центра (НИВЦ МГУ), факультетов вычислительной математики и кибернетики, механико-математического и Научно -исследовательского института ядерной физики – был создан научно -образовательный центр «Суперкомпьютерные технологии». Осенью прошлого года начались занятия группы студентов старших курсов ВМК, механико-математического и физического факультетов МГУ по специально разработанной программе «Суперкомпьютерные технологии». Для чтения лекций и ведения семинаров были привлечены ведущие специалисты нашего университета, институтов РАН, известные зарубежные специалисты. Вычислительный практикум студенты этой группы проходят на мощных установках суперкомпьютерного комплекса МГУ.

 

Деятельность в области суперкомпьютерных технологий и высокопроизводительных вычислений носит комплексный характер. Эффективность их применения для решения важнейших фундаментальных и прикладных задач может быть обеспечена при тесном взаимодействии математиков, программистов, специалистов из конкретных областей приложений.

 

Потому необходимо формирование национальной сети НОЦ СКТ для организационно-методического обеспечения системы подготовки специалистов в данной области. Базой для создания подобных центров должны стать университеты, входящие в Суперкомпьютерный консорциум университетов России. В первую очередь речь об основателях консорциума: МГУ, ННГУ, ТГУ, ЮУРГУ.

 

Одна из основных составляющих национальной системы подготовки кадров в области суперкомпьютерных технологий -разработка учебно-методической базы образовательных программ. Для обеспечения высокого качества подготовки специалистов и использования единого уровня профессиональных требований в рамках проекта важно четко определить область необходимых знаний и умений (компетенций) для успешной деятельности в данной сфере, разработать рекомендации по расширению образовательных стандартов нового поколения для различных направлений, подготовить методики формирования учебных планов для программ переподготовки и повышения квалификации кадров в области суперкомпьютерных технологий.

 

Актуальность этой задачи определяется и разнообразием групп учащихся, для которых суперкомпьютерное обучение в той или иной форме является необходимым. К их числу могут быть отнесены студенты физико-математических и других естественно-научных специальностей, специалисты в области информационных технологий и различных отраслей их применения, научные сотрудники, преподаватели вузов, школьники физико-математических лицеев и другие. Для кадрового обеспечения суперкомпьютерной отрасли и эффективного применения подобных технологий при решении важнейших фундаментальных и прикладных задач необходимы конструкторы суперкомпьютерных систем, разработчики системного программного обеспечения, системные администраторы и специалисты из самых разных областей, способные все это применить на практике. Наличие целого спектра направлений подготовки требует создания учебно-методического обеспечения соответствующих образовательных программ переподготовки и повышения квалификации кадров в области суперкомпьютерных технологий. Следующая задача – реализация названных образовательных программ. Необходимость ее решения определяется принципиальной важностью практической апробации разработанного учебно-методического обеспечения образовательных программ в данной области. Задача для решения -сложная, поскольку имеет многосторонний характер. Во-первых, необходимо обеспечить высококачественный состав профессорско-преподавательского коллектива для реализации образовательных программ, поскольку решение данной проблемы может потребовать, в первую очередь, организации повышения квалификации преподавателей вузов. Во-вторых, для наполнения образовательных программ необходима разработка большого количества новых и расширение существующих учебных курсов, следует также предусмотреть формирование специальных групп обучаемых для целевой интенсивной подготовки.

 

В рамках реализации данной задачи уже начато обучение по обновленным стандартам и программам бакалавриата, специалитета и магистратуры по выбранным направлениям подготовки кадров, реализуется целый спектр образовательных программ переподготовки и повышения квалификации кадров в области суперкомпьютерных технологий. Дополнительно – в качестве пилотных проектов – могут быть реализованы образовательные программы для школьников физико-математических лицеев.

 

Мероприятия включают также реализацию образовательных программ с активным использованием современных технологий дистанционного обучения на основе Интернета: проведение занятий в режиме видеоконференций, интерактивное использование электронных образовательных ресурсов.

 

Достижение стратегической цели проекта по формированию высококачественной системы суперкомпьютерного образования в стране возможно только на основе существенного расширения фундаментальных и прикладных исследований в области суперкомпьютерных технологий. Выполнение фундаментальных исследований обеспечивает возможность достижения мирового уровня подготовки специалистов, а реализация прикладных работ определяет необходимые профессиональные требования к уровню подготовки специалистов для деятельности в конкретных областях приложений. Формируемая система подготовки кадров на практике должна реализовывать принцип образования «обучение – исследования – приложения». И крайне важна обратная связь, идущая от организаций РАН, бизнеса и промышленности в сторону образования: что нужно поменять в системе образования, на что сделать акценты и что нового привнести, чтобы знания выпускников были бы востребованы на практике?

 

Проблема расширения фундаментальных и прикладных исследований в области суперкомпьютерных технологий имеет комплексный характер и потому требует комплексного решения, для чего должны объединяться усилия системы высшего образования, РАН, промышленности.

 

Потенциал суперкомпьютерных технологий для решения важнейших фундаментальных и прикладных проблем науки, использования таких технологий в промышленности может быть проявлен в полной мере только при условии выполнения работ на самом передовом мировом уровне. Необходимое условие достижения подобного уровня -тесное международное сотрудничество для использования положительного зарубежного опыта и выявления своих конкурентных преимуществ.

 

Еще один важный пункт работ – информирование научно -образовательного сообщества о значимости, перспективах и достижениях в данной области, что позволит повысить эффективность развития и практического применения суперкомпьютерных технологий. Понимание значимости и перспективности этих технологий содействует привлечению талантливой молодежи к получению образования и деятельности в области высокопроизводительных вычислений. Знание достижений и результатов практического применения способствует расширению работ по использованию суперкомпьютерных технологий для решения важнейших фундаментальных и прикладных задач в разных областях науки и промышленности.

 

Кроме того, понимание важности и стратегического потенциала суперкомпьютерных технологий позволяет обеспечить поддержку работ в данной области со стороны органов государственной власти, бизнеса и общества.

 

*   *   *

 

Смелость сильных

 

Участниками соревнований Student Cluster Competition, проходящих в рамках Международной конференции Supercomputing – одного из важнейших событий года в мире высокопроизводительных вычислений, стали студенты ННГУ им. Н.И.Лобачевского.

 

Нынешняя – уже 23-я по счету – конференция Super-computing, прошедшая в Новом Орлеане (США), включала в себя научную и техническую программы, семинары , мастер-классы, тематические и постерные сессии, а также соревнования. Кроме того, в ее рамках прошла крупнейшая выставка, на которой ведущие игроки в мире высокопроизводительных вычислений представили свои новейшие разработки.

 

Student Cluster Competition – уникальное соревнование в рамках конференции Supercomputing, призванное показать, как будущее поколение талантливых программистов способно использовать мощности современного кластерного оборудования. В этом году на участие в Student Cluster Competition было подано более 20 заявок, из которых оргкомитет соревнования отобрал 8 команд, 6 из них представляли университеты США, одна – Тайвань, одна – Россию (Нижегородский госуниверситет им. Н.И.Лобачевского). По словам тренера российской команды сотрудника факультета ВМК ННГУ Анны Лабутиной, участие команды в конкурсе стало возможно благодаря активной деятельности ННГУ, направленной на распространение высокопроизводительных вычислений, а также на развитие суперкомпьютерного образования в России и мире. В отличие от старожилов Student Cluster Competition – команды Тайваня, команда ННГУ принимала участие в соревновании в первый раз. Ее спонсорами выступили такие гиганты мира НРС, как Microsoft, IBM, nVidia, Portland Group и Intel.

 

- Идея участия нашей команды в конкурсе Student Cluster Competition родилась в рамках сотрудничества ННГУ с компанией

 

Microsoft, – рассказала Анна Лабутина. – ННГУ сотрудничает с Microsoft в направлении высокопроизводительных вычислений довольно давно. Кроме того, ННГУ был назван одним из Microsoft НРС Institutes и в этом статусе несколько раз принимал участие в конференциях Supercomputing и International Supercomputing. При поддержке Microsoft в ННГУ был разработан учебный курс «Параллельное программирование». Привлечение остальных спонсоров и техническая поддержка команды – полностью заслуга Microsoft. За неделю до начала соревнований команда ННГУ отправилась в Редмонд – в главный кампус компании Microsoft, где студенты впервые получили прямой доступ к своему кластеру, познакомились со специалистами компании и проконсультировались относительно оптимизации приложений.

 

В состав команды ННГУ (согласно правилам соревнований) вошли шесть студентов университета, все они – стажеры лаборатории информационных технологий факультета ВМК, где уже успели показать себя с лучшей стороны в ходе выполнения реальных исследовательских проектов. Кроме того, они прошли дополнительную подготовку в области параллельных вычислений и суперкомпьютерных технологий в рамках специализированных школ, которые регулярно проводятся в ННГУ.

 

Подготовка команды к соревнованию началась более чем за полгода. Студенты изучили процесс построения и использования кластеров под управлением операционной системы семейства Windows, получили дополнительные знания в области параллельного программирования и программирования для GPU-устройств с использованием технологии CUDA, регулярно занимались английским языком.

 

Согласно правилам соревнований, команда-участница работает под руководством тренера, который, однако, во время соревнования не может ей помогать. Каждая команда действует в сотрудничестве со спонсорами, они на этапе подготовки к соревнованию предоставляют участникам аппаратное и программное обеспечение. В ходе состязания команды должны продемонстрировать использование для решения предоставленного организаторами набора задач ряда распространенных прикладных пакетов с открытым кодом. Соревнование проходит в реальном времени: командам дано 48 часов и заведомо большее число наборов входных данных. Существующее ограничение на потребляемую мощность для кластера – не более 3 КВт.

 

Основная задача соревнования – показать доступность параллельных вычислений. Работать с параллельными приложениями, с одной стороны, просто, даже студенты и старшеклассники могут справиться с этой задачей, с другой – достаточно дешево: спонсор в состоянии предоставить команде кластер, построенный из коммерчески доступных компонентов.

 

Кластер команды ННГУ был предоставлен компанией IBM и состоял из 8 двухпроцессорных серверов на базе новейших процессоров Intel Westmere, кроме того, 5 серверов были оснащены 2 модулями nVidia Tesla М2050. Основная вычислительная мощность данного кластера заключена в графических процессорах. GPU-модули, по мнению участников команды ННГУ, идеальны для использования в рамках соревнования, так как они обладают высокой производительностью и низким энергопотреблением.

 

Перед началом соревнования все команды оценили производительность своих систем при помощи набора тестов НРСС, одним из которых является Unpack. Кстати, в нынешнем году на соревновании Student Cluster Competition впервые был преодолен барьер 1 TFlops: кластер команды из Университета Техаса показал производительность 1,07 TFlop на тесте Linpack, а команды из Тайваня и Университета Луизианы вплотную приблизились к этому результату. Кластеры остальных пяти команд показали похожие результаты в 700-800 TFlops.

 

В этом году победила команда Национального университета Тайваня, набрав НО баллов из 120 возможных. По правилам соревнований, все остальные команды считаются занявшими второе место.

 

- Соревнование Student Cluster Competition – потрясающая возможность для команды узнать все о высокопроизводительных вычислениях, но, кроме того, это еще и огромное усилие, которое требует душевной смелости и заинтересованного участия всех членов команды, для того чтобы рискнуть и подняться на эту вершину, – уверена Анна Лабутина.

 

*   *   *

 

Перспективы

 

Использование параллельных вычислений в решении прикладных задач стало основой работы команды единомышленников лаборатории математической химии Института нефтехимии и катализа РАН (Уфа).

 

Этот коллектив, формирование которого – заслуга старшего научного сотрудника лаборатории Ирека Губайдуллина, – крепкий сплав молодости и опыта: в него входят студенты, магистранты, аспиранты, кандидаты и доктора наук. Еженедельные семинары , круглые столы и мозговые штурмы помогают рождению новых идей и продуктивной работе. Основной ориентир проводимых исследований – взаимодействие с конечным пользователем: здесь строятся модели химических реакторов, необходимые для работы промышленных объектов, рассчитываются параметры буровых растворов для оптимизации процесса бурения нефтяных и газовых скважин на месторождениях Республики Башкортостан, появляются идеи по решению проблем биомеханики. Такие задачи требуют большого объема вычислений, потому необходимым инструментом для их решения являются высокопроизводительные вычисления. Расчеты проводятся как на кластерах вузов Уфы, так и по удаленному доступу на СК МВС-100К МСЦ РАН. Идут переговоры о сотрудничестве с производителями многопроцессорных ВС.

 

Неотъемлемая часть работы коллектива – участие в конференциях , тематика которых связана с высокопроизводительными вычислениями: ПАВТ-2010, «Дифференциальные уравнения и их приложения», «Научный сервис в сети Интернет: суперкомпьютерные центры и задачи» и др. Башкирский госуниверситет и Институт нефтехимии и катализа РАН играют особую роль в жизни уфимских энтузиастов НРС: так, например, благодаря финансовой поддержке БашГУ молодые члены коллектива смогли принять участие в конференции «Научный сервис в сети Интернет: суперкомпьютерные центры и задачи», помогает университет и с обеспечением жильем на период летней практики, и с доступом к вычислительным ресурсам вуза. А Институт нефтехимии и катализа также предоставил доступ к вычислительным ресурсам, большую экспериментальную базу для расчетов и возможность консультации с ведущими специалистами.

 

*   *   *

 

Невозможное – реально

 

В рамках Международного форума по нанотехнологиям Rusnanotech2010 подведены итоги третьего Всероссийского конкурса проектов в сфере высокопроизводительных вычислений (High Performance Computing, НРС).

 

В этом году кроме основных организаторов соревнований – Intel и РОСНАНО – его проведение было поддержано Суперкомпьютерным консорциум университетов России и Суперкомпьютерной программой Союзного государства «СКИФ-ГРИД». На конкурс, прошедший под девизом «Невозможное стало возможным: реальные приложения для НРС», было подано рекордное количество работ из разных регионов России. Наибольшее число заявок поступило из Москвы, Нижнего Новгорода, Новосибирска и Казани.

 

Основные цели конкурса – выявить лучшие работы по использованию возможностей суперкомпьютеров, продемонстрировать варианты практического применения высокопроизводительных вычислений для нужд различных отраслей науки и промышленности. Общий призовой фонд в этом году составил 950 тысяч рублей. Суперкомпьютерный консорциум университетов России предоставил три специальных приза: первое место – 1 000 000 процессорочасов работы на суперкомпьютерах консорциума, второе место – два приза по 250 000 процессорочасов работы на суперкомпьютерах консорциума.

 

Победителю в специальной номинации «Лучшая студенческая работа» достался ноутбук на базе процессора Intel(r) Core(tm) i7. Пять финалистов получили лицензии на ПО Intel для высокопроизводительных вычислений: Intel(r) Cluster Toolkit Compiler Edition 3.2.

 

Участники представили проекты по использованию высокопроизводительных вычислений в биологии, биоинформатике, геологии, трехмерной газо- и гидродинамике. Были предложены интересные методические и инфраструктурные разработки, связанные с созданием инструментов для различных приложений, а также оригинальные направления, например моделирование характеристик бронежилетов. Выбор победителей оказался непростой задачей – общий уровень представленных работ был очень высоким.

 

- Проведение подобных масштабных конкурсов чрезвычайно важно как для поддержки развития фундаментальных и прикладных исследований мирового уровня, так и для становления системы суперкомпьютерного образования, – отметил ректор МГУ им. М.В.Ломоносова академик РАН Виктор Садовничий.

 

По словам заместителя генерального директора РОСНАНО Александра Лосюкова, работы в области нанотехнологий составили 22% от всех, присланных на конкурс. Высокий уровень некоторых позволяет уже сегодня использовать их результаты в инновационном бизнесе.

 

 

Спецвыпуск подготовила Нина ШАТАЛОВА. 

 

Поиск, 03.12.2010