В России постоянно увеличивается количество и производительность суперкомпьютеров [1], круг пользователей суперкомпьютеров также расширяется. В связи с этим все больше ощущается недостаток квалифицированных специалистов, способных использовать высокопроизводительные вычисления в научно-исследовательской и учебной работе, и особенно в промышленности. Чтобы обеспечить эффективное использование вычислительных ресурсов, необходимо резко повысить внимание к проблематике обучения технологиям высокопроизводительных вычислений. В противном случае суперкомпьютеры будут недостаточно загружены, и их создание не принесет должного научного и практического результата.
В УрО РАН задачей обеспечения научно-образовательного сообщества Уральского региона современным вычислительным инструментарием занимается Суперкомпьютерный вычислительный центр (СКЦ) при Институте математики и механики (ИММ) УрО РАН, который является головной организацией по созданию и развитию вычислительных ресурсов в УрО РАН. Участие ИММ УрО РАН в подготовке специалистов в области высокопроизводительных вычислений всегда входило в число приоритетных задач. Одним из современных направлений расширения образовательной деятельности ИММ является участие в целевых Российских программах, в том числе в программе «Университетский кластер» [2].
Учебно-исследовательский аспект деятельности ИММ УрО РАН и СКЦ
Интерес ИММ УрО РАН и СКЦ к программе «Университетский кластер» обусловлен многолетним вниманием к образовательному аспекту в области суперкомпьютерных и Grid-технологий. В 1998г. была создана одна из первых в стране кафедра «Высокопроизводительные компьютерные технологии», являющаяся структурным подразделением в Уральском Государственном университете (УрГУ) и в ИММ УрО РАН. Кафедра была создана для совершенствования профессиональной подготовки студентов УрГУ по специальностям 01.01.02, 01.01.10, 05.13.11 с целью быстрой адаптации их к условиям будущей деятельности и подготовки кадров для работы в научных подразделениях УрО РАН.
Материальную базу кафедры составляет оборудование СКЦ, включающее уникальные суперкомпьютеры параллельного действия, структурированную локальную информационно-вычислительную сеть, обеспечивающую коллективный удаленный доступ к ним, сервер прохождения задач на суперкомпьютерах, WWW-сервер с необходимым набором вспомогательных и методических материалов для освоения техники параллельного счета и постановки задач на машинах параллельного действия.
Для проведения практических занятий и УИРС сформирован учебно-исследовательский класс-кластер. Оборудование класса включает Linux – и Windows – вычислительные кластеры, связанные выделенной локальной сетью с СКЦ, ряд уникальных лабораторно-исследовательских стендов и подсистему интеллектуального сопровождения в виде интеллектуального системного подсказчика на основе тезаурусной системы знаний.
Выпускники кафедры получают реальные навыки разработки параллельных алгоритмов и программ для решения крупномасштабных вычислительных задач.
Взаимодействие ИММ УрО РАН и СКЦ с программой «Университетский кластер»
В рамках программы «Университетский кластер» проводится ряд мероприятий, направленных на создание единой инфраструктуры исследований, разработок и образования в области параллельных и распределенных вычислений, а также создание сообщества пользователей и разработчиков соответствующих технологий. Учредители программы – компания Hewlett-Packard, национальный оператор связи ЗАО «Синтерра», Институт системного программирования РАН и Межведомственный суперкомпьютерный центр РАН.
Программа открыта для научных и учебных организаций, активно участвующих в развитии суперкомпьютерных и Grid-технологий. Участниками программы на сегодня являются 52 университета и научных института России [3], в том числе ИММ УрО РАН.
В рамках программы «Университетский кластер» участникам предоставляется ряд сервисов, среди которых можно выделить наиболее актуальные на сегодня:
- распределенные вычисления;
- распределенное хранение данных;
- вычисления на виртуальных средах;
- виртуальный учебный класс.
Доступ к сервисам участники программы получают по выделенным высокоскоростным каналам связи и через Интернет.
ИММ УрО РАН, как участник программы, предоставляет свои вычислительные ресурсы:
- суперкомпьютер «УРАН» на базе четырехъядерных микропроцессоров Intel Xeon серии 5450, пиковая производительность 19,5 Тфлопс, 2009 г.;
- суперкомпьютер UM/Opteron на базе двухъядерных микропроцессоров AMD Opteron 285 серии, пиковая производительность 0,7 Тфлопс, 2007 г.
Суперкомпьютер «Уран» в настоящее время является самым крупным вычислительным ресурсом СКЦ. Его пиковая производительность составляет 19,5 Тфлопс, производительность на тесте Linpack 14,6 Тфлопс, в 12-ой редакции списка ТОП-50 суперкомпьютер занимает 10 место [4].
Пользователям вычислительных ресурсов СКЦ предоставляется следующее программное окружение:
1. Системное ПО:
- операционные системы RedHat Linux 5 и Windows HPC Server 2008 (с возможностью выбора при загрузке);
- операционная среда параллельного программирования MPI;
- система запуска задач, разработанная совместно ИПМ РАН и ИММ УрО РАН;
- система мониторинга Ganglia.
2. Прикладное ПО для математических расчетов:
- MATLAB Distributed Computing Engine;
- ANSYS CFD.
Суперкомпьютерные ресурсы СКЦ доступны не только пользователям УрО РАН и участникам программы «Университетский кластер», но и представителям ВУЗов, академических институтов и промышленных организаций, заинтересованных в использовании высокопроизводительных вычислений. Подробная информация о том, как получить доступ к ресурсам СКЦ, инструкции пользователям и руководства по программированию расположены на сайте [5].
Участие ИММ УрО РАН в программе «Университетский кластер» обеспечивает следующие преимущества:
- увеличение доступности вычислительных ресурсов (как ресурсов СКЦ внешним пользователям, так и ресурсов программы «Университетский кластер» пользователям УрО РАН);
- расширение аудитории образовательных программ СКЦ за счет использования сервиса «Виртуальный учебный класс». В настоящее время в ИММ УрО РАН организован только один учебный класс, которого недостаточно для существующих потребностей по обучению. «Виртуальный учебный класс» и дистанционное обучение помогают частично решить эту проблему;
- участие в обучающих, технологических и практических семинарах, проводимых организаторами программы «Университетский кластер», в режиме удаленного доступа по каналам связи. Семинары позволяют получить новую информацию о технологиях высокопроизводительных вычислений, которую затем можно использовать в научно-исследовательской, образовательной и практической деятельности. В регионах такие мероприятия проводятся не достаточно регулярно, поэтому возможность участвовать через Интернет вносит существенный вклад в профессиональную подготовку преподавателей региональных ВУЗов и академических институтов.
Направления дальнейшего развития
В связи с созданием в Уральском регионе нового крупного ВУЗа - Уральского Федерального Университета (УрФУ) на базе технического (УгТУ-УПИ) и классического (УрГУ) университетов, рассматривается возможность объединить усилия ИММ УрО РАН и УрФУ в:
- организации совместного использования ресурсов СКЦ ИММ УрО РАН и УрФУ путем создания в УрФУ терминальных классов с доступом к оборудованию СКЦ через сеть Интернет для проведения лекций, практических занятий и лабораторных работ;
- координации усилий по участию в Российских программах, способствующих развитию высокопроизводительных вычислений (в том числе «Университетский кластер»);
- интеграции финансовых, научных и технических усилий УрО и УрФУ, направленных на развитие СКЦ ИММ УрО РАН и кафедры «Высокопроизводительные компьютерные технологии».
В качестве первоочередных мер по развитию кафедры с целью подготовки специалистов для науки и промышленности предполагается:
- увеличить количество направлений подготовки (инженеры, постановщики задач, системные и прикладные программисты);
- предусмотреть подготовку и стажировку профессорско-преподавательского состава;
- увеличить количество специализированных учебных классов в ИММ УрО РАН и УрФУ;
- разработать новые спецкурсы и магистерские программы.
Предлагаемые меры по интеграции позволят увеличить количество специалистов по высокопроизводительным вычислениям и повысить качество их подготовки.
В ИММ УрО РАН ведется работа, как по развитию СКЦ, так и по обучению использованию суперкомпьютеров для высокопроизводительных вычислений в интересах науки, образования и промышленности. Следует отметить, что темпы роста вычислительных ресурсов СКЦ значительно превышают темпы подготовки специалистов, способных эффективно использовать эту технику. Для увеличения доступности и повышения уровня образовательных программ, ИММ УрО РАН подключился к программе «Университетский кластер». В качестве своего вклада ИММ УрО РАН предлагает ресурсы СКЦ и предполагает разработать новые спецкурсы и магистерские программы, как для использования на кафедре «Высокопроизводительные компьютерные технологии», так и для дистанционной подготовки студентов, магистрантов, аспирантов и специалистов промышленных предприятий. Участие в программе «Университетский кластер» – важный шаг на пути развития вычислительных ресурсов и подготовки специалистов в Уральском регионе.
Литература:
1. Статистика. // ТОП 50 суперкомпьютеров СНГ. [Электронный ресурс]. URL: http://www.supercomputers.ru/?page=stat. (дата обращения 25.06.2010).
2. Программа «Университетский кластер». [Электронный ресурс]. URL: http://www.unicluster.ru (дата обращения 25.06.2010).
3. Список участников программы «Университетский кластер» // Программа «Университетский кластер». [Электронный ресурс]. URL: http://www.ispras.ru/ru/unicluster/members.php (дата обращения 25.06.2010).
4. Текущий рейтинг 12-ая редакция от 30.03.2010. // ТОП 50 суперкомпьютеров СНГ [Электронный ресурс]. URL: http://www.supercomputers.ru/?page=rating. (дата обращения 25.06.2010).
5. Параллельные вычисления в УрО РАН [Электронный ресурс]. URL: http://parallel.uran.ru. (дата обращения 25.06.2010).
