Экскурсия в НОЦ ПиРВ

Научно-образовательный центр

«Параллельные и распределенные

вычисления»

Национальный исследовательский университет

Пермский государственный университет

Экскурсия для Совета Научно-

образовательного-комплекса «Моделирование

и управление физическими и химическими

процессами, развитие технологий» ПГУ»

(4 мая 2011 г., г. Пермь)

Автор - к. ф.-м. н., доц. Деменев Алексей

Геннадьевич, директор НОЦ

ПиРВ, доцент кафедры прикладной

математики и информатики мех.-мат.ф-та

ПГУ

Высокопроизводительный вычислительный

комплекс с гибридной архитектурой

ПГУ, 2011 Научно-образовательный центр «Параллельные и распределенные вычисления»3

Производительность суперкомпьютера

«ПГУ-Тесла» :

•до 240 задач на вычислительных ядрах

процессоров Intel Xeon 5670,

•до 5376 подзадач на вычислительных ядрах

процессоров Nvidia Tesla S2050;

•высокоскоростная сеть QDR Infiniband

позволяет в 40 раз быстрее обмениваться

информацией между задачами, чем обычная

сеть Gigabit Ethernet;

•9,0 Терафлопс – пиковая (на операциях с

вещественными числами двойной точности);

•4,9 Терафлопс – на тесте Linpack (большие

задачи линейной алгебры);

•суммарный объем оперативной памяти – 960

Гигабайт;

•система хранения данных – 20 Терабайт.

Суперкомпьютер «ПГУ-Тесла»


Позволит решать:

• научные или инженерные задачи с широкой областью применения, эффективное решение

которых возможно только с использованием мощных (суперкомпьютерных)

вычислительных ресурсов;

• проблему подготовки высококонкурентоспособных на мировом уровне

специалистов, обладающих компетенциями эффективно решать задачи в приоритетных

направлениях науки и техники, а также развивать критические и прорывные технологии.

Исследователи университета намерены решать такие задачи:

• разработка вычислительных и информационных технологий, в том числе

суперкомпьютерных и грид-технологий;

• математическое моделирование и обработка данных лабораторных экспериментов в

области области био- и нанотехнологий, нелинейной

физики, механики, математики, информатики, химии, наук о Земле и других;

• оптимизация конфигураций инженерно-технических сооружений и установок, а также

соответствующих технологических процессов;

• разработка новых методов управления экономикой регионов и страны в целом.

Запланировали использование суперкомпьютера для учебной и учебно-методической

работы в 2011–2012 учебном году преподаватели нескольких факультетов ПГУ.

Развитие МТБ для проведения исследований по области

знаний 01, 06, 07 и 08: высокопроизводительный SMP-

сервер

5

Приобретен программно-технический комплекс "высокопроизводительный SMP-сервер".

• Тип компьютера – SMP, процессоров – 8, ядер - 32. Тип процессора - Opteron. ОЗУ - 128 гигабайт. ЖД - 4 терабайта. Коммуникационные интерфейсы - 3 порта GigabitEthernet. ОС - Linux (CentOS). Ускоритель CUDA - ГПУ NVIDIA GTX480.

Предназначен для применения стратегических информационных технологий при проведения исследований, поддержанных грантами РФФИ (09-01-00618, 10-01-9603, 09-06-00254, 09-08-99075-р_офи) :

• (01) математика, информатика и механика;

• (06) науки о человеке и обществе;

• (07) информационные технологии и вычислительные системы;

• (08) фундаментальные основы инженерных наук.

Cозданы "облачные" вычислительные сервисы для оказания информационно-вычислительных услуг по требованию.

Комплекс вошел в состав оборудования центра коллективного пользования высокопроизводительными вычислительными ресурсами – НОЦ ПиРВ ПГУ.

Деменев А.Г., 2011 Научно-образовательный центр «Параллельные и распределенные


Облачные сервисы НОЦ ПиРВ ПГУ

SaaS

• на базе открытых пакетов OpenFOAM, Salome, Paraview;

• возможность решения задач механики сплошной среды;

• визуализации больших объемов научных данных;

• инструмент построения сложных расчетных сеток.

PaaS

• на базе ОС Linux (CentOS, Ubuntu, Open Suse);

• средства разработки параллельного ПО;

• возможность создания собственного ПО и участие в проектах Open Source.

IaaS

• на базе Citrix XenServer 5.6 Free Edition;

• возможность создания системного ПО и участие в проектах Open Source по созданию ОС.

HPCaaS

• на базе Torque, Ganglia;

• возможность решения задач высокой вычислительной сложности

Деменев А.Г., 20116

Научно-образовательный центр «Параллельные и распределенные


Актуальность

ПГУ, 2011 Научно-образовательный центр «Параллельные и распределенные

вычисления»72

• Многоядерные процессоры содержат несколько или даже десятки, а то и сотни

вычислительных ядер.

• Вычислительные кластеры объединяют высокоскоростными каналами связи

компьютеры внутри лаборатории.

• Грид-сети объединяют вычислительные кластеры разных лабораторий.

• Суперкомпьютеры - вычислительные системы из списков TOP500 мира и TOP50 СНГ

по производительности.

Актуальность


• Современные наука и техника не могут обойтись безприменения высокопроизводительных вычислительных систем, в том числе суперкомпьютеров.

• Поэтому требуются «элитные» специалисты, компетентные в области суперкомпьютерных технологий.

• Ведущие инновационные университеты России должны создать научно-образовательную среду для подготовки таких специалистов.

Суперкомпьютерные технологии

Технологии параллельных и

распределенных вычислений

Информационные и

коммуникационные

технологии

Цели

ПГУ, 2011 Научно-образовательный центр «Параллельные и распределенные

вычисления»92

Требуются специалисты, имеющие особые компетентности:

• формулировать математическую постановку задачи и выбирать численный метод так, чтобы был большой потенциал для распараллеливания вычислений;

• выбирать соответствующий или конструировать новый алгоритм такой, чтобы он допускал эффективную реализацию на многоядерных вычислительных системах;

• свободно владеть современными технологиями разработки параллельных программ.

Формирование среды, необходимой для подготовки таких специалистов -

направление «Параллельные компьютерные технологии и высокопроизводительные вычисления» Инновационной образовательной программы Пермского государственного университета (приоритетный национальный проект«Образование», 2006-2007 гг.)

Развитие достижений инновационной

образовательной программы


2009 г. Научно-образовательный центр «Параллельные и распределенные вычисления» (ПиРВ) - для закрепления и развития достижений Инновационной образовательной программы ПГУ. Основными целями деятельности НОЦ ПиРВ являются:

o обеспечение высокого уровня подготовки, переподготовки и повышения квалификации специалистов, в том числе высшей квалификации, по приоритетным и перспективным направлениям науки и технологий, используя новейшие результаты исследований и разработок в области параллельных и распределенных вычислений;

o повышение эффективности научных исследований и инновационной деятельности путем объединения усилий и ресурсов с организациями (ВУЗами, институтами, предприятиями), подписавшими договор о таком сотрудничестве с Университетом.

Суперкомпьютерный консорциум университетов

России


• Годовое собрание представителей участников Суперкомпьютерного консорциума университетов России, в т.ч. ПГУ

Инфраструктура программы «Университетский

кластер»


2

Вычислительные

кластеры,

суперкомпьютеры,

системы хранения

данных, системы

визуализации и

иные технические

средства

(Ресурсы);

каналы связи,

объединяющие

Ресурсы в единую

распределенную

вычислительную

инфраструктуру

Академические программы IBM


3

• Мэйнфрейм – предоставленный IBM для дистанционного использования студентам ПГУ в рамках конкурса «z-Мастер»

Образовательные инновации в ПГУ


Особенности инновационных учебных курсов в национальном исследовательском университете:

• самостоятельная работа студентов предусматривает использование средств систем дистанционного обучения, а также активное использование Интернет-ресурсов в качестве источника информации;

• лабораторный практикум предусматривает проведение микроисследований в составе команды из двух-трех студентов.

Использование ресурсов Партнеров, в том числе:

• участников Суперкомпьютерного консорциума университетов России;

• участников инновационной программы «Университетский кластер»;

• участников академических программ , инициируемых компьютерными компаниями (IBM, Intel, HP, Nvidia и др.)

Высокопроизводительные ресурсы для исследования

процессов многомасштабной динамики наномагнитов в

твердых телах


• Исследователи ПГУ имеют серьезный задел в

исследованиях процессов многомасштабной

динамики наномагнитов в твердых телах.

•Применение суперкомпьютерных технологий в

исследовании процессов в парамагнитных и

ферромагнитных наноструктурах позволит

использовать реалистичные модели из тысяч

магнитных частиц.

•Результаты важны для развития технологий

получения нанодетекторов слабых излучений и

создания компактных систем быстрой магнитной

записи.

Высокопроизводительные ресурсы для исследования

конвективных течений жидкостей, содержащих

наночастицы


• Исследование конвекции неоднородных по составу жидких

сред, содержащих наночастицы: коллоидных смесей и магнитных

жидкостей, давно проводится на физическом факультете Пермского

университета.

•При этом обнаружены новые механизмы неустойчивости

жидкостей, стратифицированных в неоднородном магнитном или

гравитационном поле.

•Решение задачи на нелинейной стадии осложняется наличием тонких

пограничных слоев между областями с различной концентрации

примеси, аккуратное разрешение которых требует применения

высокопроизводительной вычислительной техники.

•Знание законов поведения конвективных течений и

теплопереноса, осуществляемого ими, может помочь в конструировании

тепловых клапанов.

.

Высокопроизводительные ресурсы для прогнозирования

состояния атмосферы с более высоким разрешением


• Пермском государственном университете проводятся исследования

связанные с прогнозирование состояния атмосферы с помощью

гидродинамических мезомасштабных моделей.

•Основной моделью используемой для проведения научных

исследования является WRF.

•За последние 2 года проведены исследования связанные с изучением

возможностей прогнозирования моделью возникновения и развития

макромасштабных атмосферных вихрей циклонов и антициклонов.

•Были получены поля с разрешением в 10 км.

•Изучено пространственно-временное распределение доступной

потенциальной и кинетической энергии.

•С появлением более производительной вычислительной техники на

кафедре появилась возможной получать поля с более высоким

разрешением 4 км.

.

Услуги НОЦ ПиРВ


НОЦ ПиРВ готов оказывать различные услуги, в том числе:

•предоставление вычислительных ресурсов для математического

моделирования, вычислительного эксперимента, обработки информации

в научно-образовательных и инновационных целях;

•производственная, эксплуатационная деятельность по программному

обеспечению функционированию высокопроизводительных ресурсов


•В числе потенциальных пользователей услуг НОЦ ПиРВ

высокотехнологичные предприятия Пермского края, реализующие

инновационные программы развития.

•В числе первых, кто намерен протестировать возможности

суперкомпьютера «ПГУ-Тесла» на своих задачах – ОАО

«Авиадвигатель», которому уже не хватает ресурсов своего

суперкомпьютера для реализации планов инновационного развития.

.

Список газодинамических тестовых задач ОАО

«Авиадвигатель»


N наименование

приблизительный

размер сеточной

модели


размер на диске, Мбтип решатель

1 Сопло Boeing 5 млн элементов 660газодинамический

нестационарныйFluent

2Вентиляторная

ступень ПС-904.5 млн узлов 2000

газодинамический

нестационарный ротор-

статор

CFX

3Камера сгорания ПС-

90

5 млн. элементов (1

млн. узлов)110


стационарный с

горением

CFX

4 Сопло Д30 30 млн элементов 3800газодинамический

нестационарныйFluent

5Подпорная ступень

ПС-9018 млн узлов 8900


нестационарный ротор-

статор

CFX

Список прочностных тестовых задач ОАО

«Авиадвигатель»


N наименование


размер сеточной

модели


размер на диске, Мбтип решатель

1Рабочая лопатка ПС-

12351 Расчет на прочность ANSYS

2Корпус вентилятора

ПС-90А2136

Расчет пробиваемости

корпусаLS-DYNA

Услуги НОЦ ПиРВ


НОЦ ПиРВ готов оказывать различные услуги, в том числе:

•предоставление вычислительных ресурсов для математического

моделирования, вычислительного эксперимента, обработки информации

в научно-образовательных и инновационных целях;

•производственная, эксплуатационная деятельность по программному

обеспечению функционированию высокопроизводительных ресурсов


•В числе потенциальных пользователей услуг НОЦ ПиРВ

высокотехнологичные предприятия Пермского края, реализующие

инновационные программы развития.

•В числе первых, кто намерен протестировать возможности

суперкомпьютера «ПГУ-Тесла» на своих задачах – ОАО

«Авиадвигатель», которому уже не хватает ресурсов своего

суперкомпьютера для реализации планов инновационного развития.

.

Заключение

22

• ПГУ может выпускать специалистов, обладающих достаточно высоким уровнем компетентностей в области параллельных компьютерных технологий и высокопроизводительных вычислений.

• Создание в 2009 г. Научно-образовательного центра «Параллельные и распределенные вычисления» ПГУ нацелено на обеспечение еще более высокого уровня подготовки, переподготовки и повышения квалификации специалистов в этой области.

• Реализация проекта «Развитие центра коллективного пользования высокопроизводительных вычислительных ресурсов – НОЦ ПиРВ» должна привести к созданию коллектива исследователей и разработчиков Пермского государственного национального исследовательского университета, способных выполнять комплексные междисциплинарные проекты, эффективно используя суперкомпьютеры.

• При реализации своих проектов ПГУ может опираться на ресурсы, компетенции и помощь своих партнеров.

Деменев А.Г., 2011 Облачные сервисы открытых пакетов для решения задач инженерного анализа в ПГУ

Экскурсия в НОЦ ПиРВ

Technology