Экскурсия в НОЦ ПиРВ для Совета Научно-образовательного комплекса «Моделирование и управление физическими и химическими процессами, развитие технологий»

1. Национальный исследовательский университет Пермский государственный университет Научно-образовательный центр «Параллельные и распределенные вычисления» 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

4. до 5376 подзадач на вычислительных ядрах процессоров Nvidia Tesla S2050;

5. высокоскоростная сеть QDR Infiniband позволяет в 40 раз быстрее обмениваться информацией между задачами, чем обычная сеть Gigabit Ethernet;

6. 9,0 Терафлопс – пиковая (на операциях с вещественными числами двойной точности);

7. 4,9 Терафлопс – на тесте Linpack (большие задачи линейной алгебры);

8. суммарный объем оперативной памяти – 960 Гигабайт;

9. система хранения данных – 20 Терабайт.ПГУ, 2011 Научно-образовательный центр «Параллельные и распределенные вычисления» 3

10. 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. ПГУ, 2011 Научно-образовательный центр «Параллельные и распределенные вычисления» 4

11. Развитие МТБ для проведения исследований по области знаний 01, 06, 07 и 08: высокопроизводительный SMP-сервер 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. Научно-образовательный центр «Параллельные и распределенные вычисления» Деменев А.Г., 2011 5

12. 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 Научно-образовательный центр «Параллельные и распределенные вычисления» Деменев А.Г., 2011 6

13. Актуальность 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. ПГУ, 2011 Научно-образовательный центр «Параллельные и распределенные вычисления» 72

14. Актуальность Современные наука и техника не могут обойтись без применения 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. ПГУ, 2011 Научно-образовательный центр «Параллельные и распределенные вычисления» 8

15. Цели 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.) ПГУ, 2011 Научно-образовательный центр «Параллельные и распределенные вычисления» 92

17. повышение эффективности научных исследований и инновационной деятельности путем объединения усилий и ресурсов с организациями (ВУЗами, институтами, предприятиями), подписавшими договор о таком сотрудничестве с Университетом.ПГУ, 2011 Научно-образовательный центр «Параллельные и распределенные вычисления» 102

18. Суперкомпьютерный консорциум университетов России Годовое собрание представителей участников Суперкомпьютерного консорциума университетов России, в т.ч. ПГУ ПГУ, 2011 Научно-образовательный центр «Параллельные и распределенные вычисления» 112

19. Инфраструктура программы «Университетский кластер» Вычислительные кластеры, суперкомпьютеры, системы хранения данных, системы визуализации и иные технические средства (Ресурсы); каналы связи, объединяющие Ресурсы в единую распределенную вычислительную инфраструктуру ПГУ, 2011 Научно-образовательный центр «Параллельные и распределенные вычисления» 12

20. Академические программы IBM Мэйнфрейм – предоставленный IBM для дистанционного использования студентам ПГУ в рамках конкурса «z-Мастер» ПГУ, 2011 Научно-образовательный центр «Параллельные и распределенные вычисления» 13

21. 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.) ПГУ, 2011 Научно-образовательный центр «Параллельные и распределенные вычисления» 14

23. Применение суперкомпьютерных технологий в исследовании процессов в парамагнитных и ферромагнитных наноструктурах позволит использовать реалистичные модели из тысяч магнитных частиц.

24. Результаты важны для развития технологий получения нанодетекторов слабых излучений и создания компактных систем быстрой магнитной записи. ПГУ, 2011 Научно-образовательный центр «Параллельные и распределенные вычисления» 15

26. При этом обнаружены новые механизмы неустойчивости жидкостей, стратифицированных в неоднородном магнитном или гравитационном поле.

27. Решение задачи на нелинейной стадии осложняется наличием тонких пограничных слоев между областями с различной концентрации примеси, аккуратное разрешение которых требует применения высокопроизводительной вычислительной техники.

28. Знание законов поведения конвективных течений и теплопереноса, осуществляемого ими, может помочь в конструировании тепловых клапанов. . ПГУ, 2011 Научно-образовательный центр «Параллельные и распределенные вычисления» 16

30. Основной моделью используемой для проведения научных исследования является WRF.

31. За последние 2 года проведены исследования связанные с изучением возможностей прогнозирования моделью возникновения и развития макромасштабных атмосферных вихрей циклонов и антициклонов.

32. Были получены поля с разрешением в 10 км.

33. Изучено пространственно-временное распределение доступной потенциальной и кинетической энергии.

34. С появлением более производительной вычислительной техники на кафедре появилась возможной получать поля с более высоким разрешением 4 км. . ПГУ, 2011 Научно-образовательный центр «Параллельные и распределенные вычисления» 17

36. производственная, эксплуатационная деятельность по программному обеспечению функционированию высокопроизводительных ресурсов университета.

37. В числе потенциальных пользователей услуг НОЦ ПиРВ высокотехнологичные предприятия Пермского края, реализующие инновационные программы развития.

38. 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.. ПГУ, 2011 Научно-образовательный центр «Параллельные и распределенные вычисления» 18

39. Список газодинамических тестовых задач ОАО «Авиадвигатель» ПГУ, 2011 Научно-образовательный центр «Параллельные и распределенные вычисления» 19

40. Список прочностных тестовых задач ОАО «Авиадвигатель» ПГУ, 2011 Научно-образовательный центр «Параллельные и распределенные вычисления» 20

42. производственная, эксплуатационная деятельность по программному обеспечению функционированию высокопроизводительных ресурсов университета.

43. В числе потенциальных пользователей услуг НОЦ ПиРВ высокотехнологичные предприятия Пермского края, реализующие инновационные программы развития.

44. 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.. ПГУ, 2011 Научно-образовательный центр «Параллельные и распределенные вычисления» 21

45. Заключение 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. Облачные сервисы открытых пакетов для решения задач инженерного анализа в ПГУ Деменев А.Г., 2011 22