Практически все российские суперкомпьютеры сегодня — это вычислительные кластеры, хотя и со своими особенностями, например:
использование графических сопроцессоров (суперкомпьютер К-100 — ИПМ РАН, модули T-Blade 2 «T-Платформы» и некоторых других разработок);
внедрение некоммерческих коммуникационных сетей (сеть 3D-тор СКИФ-Аврора, сеть МВС-экспресс суперкомпьютера K-100, сеть Extoall);
применение ускорительных модулей на ПЛИС и реконфигурируемых вычислительных систем на их основе (НИИ МВС ЮФУ, ФГУП «НИИ «Квант»).
Некоторые из особенностей создаваемых в России вычислительных кластеров позволяют говорить о серьезном потенциале отечественных исследований и разработок в области заказных суперкомпьютеров: некоммерческая сеть 3D-тор («СКИФ-Аврора») или сеть «МВС-экспресс» (ИПМ РАН при участии НИИ «Квант»). Для этих сетей создано программное обеспечение. 7].
Сегодня можно говорить об определенных успехах в создании отечественной элементной базы для дальнейшего развития суперкомпьютерных технологий: выпущены микропроцессоры семейства «Эльбрус», ожидается микропроцессор «Байкал-M», реализована сеть «Ангара» с топологией n-тор и т. д. Однако характеристики этих изделий позволяют создавать суперкомпьютеры лишь среднего уровня производительности, тогда как для суперкомпьютеров стратегического назначения (высший уровень прооизводительности) этого недостаточно.
Появление зарубежных суперкомпьютеров экзауровня ожидается уже в 2018—2020 году. Чтобы приблизиться к мировому уровню, в нашей стране необходимо освоить разработку кристаллов памяти DDR и NVRAM, 3D-модулей HBM-памяти (память с высокой пропускной способностью) со слоями в виде кристаллов памяти и логических кристаллов с блоками ввода-вывода и контроллерами.
Сеть «Ангара» на момент своего появления была достаточно современна, однако сегодня требуется совершить переход к иерархическим сетям, построенным на многопортовых маршрутизаторах, в которых реализуются функции трансляции адресов и обращения к памяти удаленных узлов (RDMA). Сегодня наилучшими показателями характеризуются иерархические сети на многопортовых (high radix) маршрутизаторах сетей IBM PERCS и Cray Aries.
Развитие отечественных процессоров сегодня всё ещё отстает от передовых мировых образцов. Компоненты типов GPU, MCP, FPGA того же уровня, что и зарубежные, в России не производятся, хотя такие попытки были. Образцы векторных процессоров собственной разработки имеются в вариантах для встроенных систем: микропроцессор NM6407 и 21-ядерный гибридный микропроцессор NM6408MP разработки НТЦ «Модуль» (0,5 TFLOPS, 28 нм). 8].
Микропроцессоры российского производства типа CPU заметно уступают зарубежным по быстродействию и возможностям решения задач с интенсивной нерегулярной работой с памятью, а также по производительности интерфейсов для подключения внешних ускорителей.
Отечественные суперскалярные процессоры можно усилить, если обеспечить их толерантность к задержкам обращений к памяти за счет подключения к ним сопроцессоров, имеющих множество легких мультитредовых ядер (mt-LWP). Схемы таких сопроцессоров разработаны в исследовательских проектах, и теперь ожидаются заключения по реализации и промышленному выпуску.
На сегодняшний день в нашей стране нет ни одного разработанного микропроцессора с мультитредовой архитектурой, в то время как в зарубежных изделиях трудно найти микропроцессор, где бы этот архитектурный принцип не использовался.
Стратегия развития отечественных суперкомпьютеров и суперкомпьютернх технологий должна быть гибридной: при создании разных типов компонентов (включая и процессоры) для суперкомпьютеров сочетать копирование существующих технологий и самостоятельную разработку. Работа по ряду направлений, включая информационно-аналитическую, уже ведется.
Заключение
С советскими и российскими разработками в области вычислительной техники связано немало мифов, однако, сложно отрицать, что отечественная наука оставила яркий след в истории создания суперкомпьютеров.
При этом необходимо сказать, что с улучшением финансирования научных разработок, а в особенности политика замещения импортной продукции во всех областях экономики и хозяйства, Россия уверенно начинает присутствовать в списках самых производительных суперкомпьютеров.
Конечно, технологически мы отстаем от самых мощных зарубежных образцов техники, но тому существуют объективные причины: от политики СССР в прошлом веке, развернувшей перспективы разработки собственной уникальной компьютерной техники к совместимости со средними зарубежными образцами до сложной экономической ситуации, сложившейся после развала Советского Союза, вызвавшей утечку разработчиков уникальных технологий на Запад.
За последние годы существенно поменялись характеристики передовых суперкомпьютеров, входящих в список TOP500. Если в 2009 году американский суперкомпьютер Roadrunner, занимающий первое место в классификации TOP500, имел пиковую производительность 1,325 Пфлопс, то в 2016 году ее лидер, китайский суперкомпьютер Sunway TaihuLight System, показывает пиковую производительность 125,4 Пфлопс, что почти на два порядка выше. Второе место также занимает китайский проект Tianhe-2 с пиковой производительностью 54,9 Пфлопс [5].
Однако, позиции российских вычислительных систем в Топ500 суперкомпьютеров позволяют с оптимизмом смотреть в будущее, которое зависит в том числи и от возможности нашей страны создавать конкурентноспособные вычислительные кластеры для решения самых разнообразных задач — от прогноза погодных условий до проектирования новых материалов, оптимизации нефтеи газодобычи, моделирования полимерных систем нового поколения, проектирования бронежилетов, разработки методов информационной безопасности и многих других задач в математике, физике, геофизике, химии и биологии.
1. Кузин С. Г., Панкрашкина Н. Г. Из истории создания технических средств информатики: Учебное пособие. (Нижний Новгород: Нижегородский госуниверситет, 2010. (237 с.
2. Суперкомпьютер. Википедия. [Интернет-ресурс].
https://ru.wikipedia.org/wiki/Суперкомпьютер (дата обращения: 13.
12.2017).
3. Эльбрус: история советских суперкомпьютеров. [Интернет-ресурс].
http://jig.ru/e-l-brus-istoriya-sovetskih-superkomp-yuterov/#.WjDMgLj8L-Y (дата обращения: 13.
12.2017).
4. А. Слуцкин, Л. Эйсымонт. Российский суперкомпьютер с глобально адресуемой памятью // Открытые системы.СУБД. — 2007.
— № 9, — С. 42−51. [Интернет-ресурс].
http://www.osp.ru/os/2007/09/4 569 294 (дата обращения: 13.
12.2017).
5. Ким А. К., Перекатов В. И., Фельдман В. М. Центры обработки данных на базе серверов «Эльбрус» // Вопросы радиоэлектроники. — 2017. — № 3. — С. 6−12. [Интернет-ресурс].
http://www.mcst.ru/files/58ca4e/3d0cd8/508b32/0/kim_a._k._perekatov_v._i._feldman_v._m._tsentry_obrabotki_dannyh_na_baze_serverov.pdf.
6. А. С. Антонов, П. А. Брызгалов, Вад.В. Воеводин, Вл.В. Воеводин, С. А. Жуматий, Д. А. Никитенко, С. И. Соболев, К. С. Стефанов. Практика суперкомпьютера «Ломоносов» / В. В. Воеводин, С. А. Жуматий, С. И. Соболев и др. // Открытые системы. СУБД. — 2012.
— №&# 160;7. — С. 36−39. [Интернет-ресурс].
https://www.osp.ru/os/2012/07/13 017 641 (дата обращения: 13.
12.2017).
7. В. Горбунов, Г. Елизаров, Л. Эйсымонт. HPC: региональные особенности. //Открытые системы. СУБД. 2011, № 02. [Интернет-ресурс].
https://www.osp.ru/os/2011/02/13 007 690/.
(дата обращения: 13.
12.2017).
8. Л. Эйсымонт. Гибридная стратегия развития элементной базы. // Открытые системы. СУБД. -.
2017. — № 2. — С. 8−12. [Интернет-ресурс].
https://www.osp.ru/os/2017/02/13 052 216/ (дата обращения: 13.
12.2017).
