Вы бы, наверное, удивились, узнав, что с помощью домашнего персонального компьютера можно предсказывать погоду за несколько суток, прогнозировать устойчивость того или иного здания в случае землетрясения, даже смоделировать полет еще не существующего на самом деле самолета или космического корабля.

«Таких компьютеров пока нет, но они вскоре появятся», — обещают сотрудники ВНИИ экспериментальной физики (ВНИИЭФ), расположенного в городе атомщиков Сарове. Именно здесь созданы первые образцы компактных суперкомпьютеров с невиданными ранее возможностями.

Мы уже вкратце рассказывали вам (см. «ЮТ» № 9 за 2010 г.) о таких конструкциях. Но сегодня у нас есть возможность предоставить нашим читателям более полную информацию об этой интересной разработке.

Производительность такой машины — 1 терафлоп. Это означает, что она способна выполнять 1 триллион арифметических операций в секунду и относится к классу малых суперкомпьютеров. Для пользователей обычных ПК поясняем — такая машина может одна заменить сразу 50 персональных компьютеров. На компьютерном сленге такие устройства называют «числодробилками».

Ныне суперкомпьютер уже можно, в принципе, разместить и дома.

Устройство компактного суперкомпьютера позволяет легко перемещать его с места на место.

Используются они для работы с очень большим количеством вычислений, например, для моделирования взрывов и погодно-климатических изменений на планете. Кстати, этим «числогрызы» отличаются от серверов и мейнфреймов, которые способны решать задачи попроще — обслуживать большие базы данных или одновременно работать с множеством пользователей.

Стоит такая машина пока 1,6 млн. рублей. Но при серийном производстве может сильно подешеветь. Машина очень компактная, с универсальным аппаратно-программным комплексом вычислений и не требует для эксплуатации дорогостоящих инженерных систем. Кроме того, эта машина потребляет мало энергии и не сильно шумит. По задумке производителей, она будет представлять собой повседневный инструмент для основной массы конструкторов и технологов, для проведения многовариантных модельных расчетов, при проектировании деталей и узлов сложных технических систем.

ОАО «Компания «Сухой» уже несколько лет пользуется услугами стоящего во ВНИИЭФе суперкомпьютера. А недавно для них сделали еще один, персональный. И самолетостроители не сомневаются, что это усилит их конкурентоспособность на мировом рынке, ускорит проектно-конструкторские разработки новых самолетов. Кроме того, такие машины позволят оперативно решать задачи гражданской авиации, связанные с чрезвычайными ситуациями — например, посчитать, как лучше всего произвести аварийную посадку того или иного лайнера с невыпущенным шасси.

Созданный в Сарове образец компактного суперкомпьютера — лишь первый этап президентской программы по созданию в России суперкомпьютеров различной производительности. Во ВНИИЭФе до конца 2010 года обещают изготовить еще 14 суперЭВМ для предприятий атомной отрасли, «Гидропресса», а также предприятий Роскосмоса, КамАЗа, авиастроительного объединения «НПО «Сатурн» и других организаций.

Саровские суперЭВМ выгодно отличаются от предыдущих аналогов по уровню шума и энергопотребления — при работе они шумят как обычный электрокипятильник и энергии потребляют столько же — 2,5 кВт. Такое стало возможным во многом благодаря оригинальной системе охлаждения, изобретенной в Сарове. Она не пневматическая, как обычно, а жидкостная, куда более эффективная.

Повышенный интерес государства здесь понятен: без развития высокопроизводительных вычислений Россия вряд ли будет способна на технологический прорыв. По данным НИИ системных исследований РАН, совокупные мощности российских суперЭВМ в гражданском секторе экономики составляют всего 215 терафлоп, в то время как в США — 10 407 терафлоп.

Наши ученые разрабатывают не только малые и средние (от 1 до 5 терафлоп) суперкомпьютеры. ВНИИЭФ — один из ведущих центров разработки суперкомпьютерных технологий. В Сарове они начали развиваться ускоренными темпами в начале 90-х годов прошлого века.

В ВНИИЭФе, разрабатывают программное обеспечение («Сократ», «Логос», ЛЭГАК ДК) для суперкомпьютера мощностью 1 петафлоп (тысяча триллионов, или квадриллион, операций в секунду). Такую махину изготовят к 2011 году в рамках оборонного заказа, но использоваться он будет и в других отраслях. На ее разработку государство выделяет нешуточные деньги — около 2,5 млрд. рублей.

Обычные суперкомпьютеры требуют для своего размещения отдельных зданий с большими залами.

Сейчас Россия находится на 12-м месте в рейтинге 500 наиболее мощных супервычислительных систем. Самый мощный на сегодняшний день компьютер в России — Lomonosov в МГУ (350 терафлоп). Возможно, внииэфовский «петафлопник» приблизит нашу страну к вершине мирового рейтинга. Ждать осталось не долго.

В. ВЛАДИМИРОВ

Кстати…

КОМПЬЮТЕРНЫЙ КОНВЕЙЕР

Сегодня лидер в сфере суперкомпьютеров — США. Включилась в гонку и Европа, здесь уже действуют программы по созданию виртуальных самолетов, вертолетов, электростанций, реактивных двигателей и т. д. Подсчитано, например, что для создания виртуального самолета, включая проверку его аэродинамики, нужен суперкомпьютер мощностью в 1 млн. терафлоп. И американцы предполагают создать такой компьютер к 2025 году.

Для создания компьютерной модели автомобиля достаточно «всего» 100 терафлоп, а то и менее того. К примеру, фирма «Ауди» недавно купила 39-терафлопную машину для моделирования столкновения автомобиля с препятствием. А БМВ вместо постройки аэродинамической трубы для испытаний нового болида «Формулы-1» приобрела суперкомпьютер в 12 терафлоп.

Недавно включилась в суперкомпьютерную гонку и Россия. Чем же наша обычная персоналка отличается от «супера»? Конечно, мощностью. Но не только. Суперкомпьютер решает задачи не так, как персоналка, которая напоминает школьника. Тот пишет контрольную по математике, двигаясь к ответу последовательно, шаг за шагом. Суперкомпьютер действует иначе. Кстати, его прообраз впервые появился, когда советские специалисты стали рассчитывать первую атомную бомбу.

«Задача была столь сложна, что, если бы ее, как обычно, стали решать последовательно, шаг за шагом, на это ушли бы многие годы, — рассказал кандидат физико-математических наук, лауреат Государственной премии Юрий Смольянов. — И тогда задачу разбили на части, дали каждую часть девушке-расчетчику с арифмометром и стали решать задачу параллельно».

Такой метод используют в суперкомпьютерах. Только роль девушек-расчетчиков в них выполняют процессоры, аналогичные нашим персональным компьютерам.

Однако просто соединить в сеть десятки или сотни процессов, общая цена которых переваливает за миллиард долларов, недостаточно. Нужно еще и научить эти процессоры работать в одной команде.

И тогда наши программисты решили создать этакий вычислительный конвейер из множества специализированных простеньких процессоров, каждый из которых умеет выполнять лишь несколько определенных действий. Примерно так каждый рабочий на автомобильном конвейере выполняет 1–2 несложных операции.

Но конвейер движется быстро, людей на нем работают сотни, и все вместе они за час, а то и меньше собирают готовый автомобиль.

Так и параллельный суперкомпьютер. Каждый процессор выполняет свою работу за ничтожные доли секунды, а все вместе они решают за час такую задачу, на решение которой на обычном компьютере понадобились бы недели, а то и месяцы работы.

Впрочем, для хорошей работы такого суперкомпьютера недостаточно, чтобы каждый из его процессоров быстро выполнял свою операцию. Нужно еще, чтобы процессоры быстро перебрасывали друг другу итоги своих вычислений. И вот тут-то, оказывается, самое узкое место современных «суперов». Выигрыш в счете частично теряется в соединительной сети. Российские ученые придумали такую сеть, где информация движется почти с такой же скоростью, как считают процессоры. То есть, по существу, ими создан новый тип суперкомпьютера.

У него другая математика, новые алгоритмы решения конкретных задач, в частности, по аэродинамике и гидродинамике, что крайне важно для конструирования новых летательных аппаратов, а также разведки и добычи углеводородов. Сейчас на этих принципах наши специалисты готовы сделать суперкомпьютер мощностью в 100 терафлоп.