В рамках реализации программы НЦМУ «Передовые цифровые технологии» в СКЦ «Политехнический» запущена новая система обработки данных

Торжественная церемония запуска новой системы обработки данных прошла в Суперкомпьютерном центре (СКЦ) «Политехнический» в Санкт-Петербургском политехническом университете Петра Великого. В рамках реализации программы Научного центра мирового уровня «Передовые цифровые технологии» (НЦМУ СПбПУ) модернизировали вычислительные ресурсы самого высокопроизводительного на Северо-Западе России суперкомпьютерного центра.

А разработанный в СПбПУ интеллектуальный диспетчер сократит среднее пребывание вычислительных задач в очереди, тем самым повысив общую производительность суперкомпьютерного центра более чем на 15%. Это позволит не только эффективнее решать сложнейшие мультидисциплинарные задачи из различных отраслей промышленности, но и создает необходимую базу для объединения суперкомпьютеров страны в единый центр.

В торжественной церемонии запуска нового оборудования в составе СКЦ «Политехнический» приняли участие врио директора Департамента государственной политики в сфере научно-технологического развития Министерства науки и высшего образования РФ Елена Грузинова, академик РАН, Почетный доктор СПбПУ Игорь Каляев, ректор СПбПУ, академик РАН Андрей Рудской, проректор по цифровой трансформации СПбПУ, руководитель НЦМУ СПбПУ «Передовые цифровые технологии» Алексей Боровков.

Как было отмечено на мероприятии, в Политехе продолжают развивать технологии интеграции искусственного интеллекта и суперкомпьютерных вычислений. В рамках реализации программы Научного центра мирового уровня «Передовые цифровые технологии» в суперкомпьютерном центре «Политехнический» в 2023 году на 80% увеличили производительность отечественной реконфигурируемой вычислительной системы, созданной в НИЦ «Супер-ЭВМ и нейрокомпьютеров». Модернизация оборудования СКЦ «Политехнический» позволит повысить энергоэффективность и реальную производительность вычислений при решении ряда приоритетных прикладных задач наукоемкой промышленности, цифровой экономики, а также медико-биологических исследований.

• «Мы являемся свидетелями появления нового поколения отечественных вычислительных систем, которые благодаря своей эффективности и гибкости способны кардинально изменить подход к решению сложнейших задач и открыть новые горизонты в области суперкомпьютерных технологий.
• Безусловно, это настоящий прорыв в области высокопроизводительных вычислений, который стал важным шагом к созданию более мощных и эффективных вычислительных систем, а также стимулом для выполнения научных исследований на новом уровне.
• Уверена, что взаимодействие Научного центра мирового уровня «Передовые цифровые технологии» с промышленными партнерами позволит реализовать потенциал нового оборудования и внесет значительный вклад в развитие науки и  технологий»,
  – подчеркнула Елена Грузинова.

Разработанная в СПбПУ концепция создания суперкомпьютерных систем, объединяющих вычислительные ресурсы различных классов в единое информационное поле, прошла апробацию и показала свою высокую научную, образовательную и прикладную значимость. Сейчас СКЦ «Политехнический» СПбПУ в рейтинге производительности среди подведомственных организаций Минобрнауки России занимает первое место. Но дальнейшее развитие технологий вычислений требует существенного усложнения методов эффективного управления такого рода системами.  Поэтому в рамках госзадания в СПбПУ интегрировали технологии искусственного интеллекта и суперкомпьютерных вычислений. Ученые создали интеллектуальный диспетчер, который позволяет сократить среднее пребывание вычислительных задач в очереди. Это повышает общую производительность суперкомпьютерного центра более чем на 15% только за счет внедрения методов искусственного интеллекта без изменений аппаратной составляющей.

• «За пять с небольшим лет работы наш суперкомпьютерный центр позволил решить более трех миллионов задач разного уровня сложности. Более 150 научных групп используют мощности СКЦ для расчетов по 10 приоритетным направлениям научно-технического развития, среди которых – машиностроение, микроэлектроника, синтез новых материалов и нанотехнологии, медицинские технологии и др. Уверен, что развитие гибридных суперкомпьютерных кластеров позволит нашим ученым еще эффективнее решать сложнейшие мультидисциплинарные задачи для промышленности и работать на новом уровне на благо нашей страны»,
  – отметил ректор СПбПУ Андрей Рудской.

Развитие современных технологий ускоряется непрерывно. До недавнего времени основным способом ускорения вычислений было увеличение вычислительной мощности аппаратной части суперкомпьютеров. В основном оно достигалось за счет увеличения тактовой частоты работы микропроцессоров и увеличения их количества на единицу площади. Однако по ряду параметров текущие технологии приближаются к физическим пределам миниатюризации, а новые модели в науке и технике требуют все большие вычислительные мощности. Поэтому ученые разрабатывают новые походы к управлению уже существующими суперкомпьютерными мощностями. Как отметил Игорь Каляев, созданная для СКЦ «Политехнический» технология интеллектуального диспетчера распределения задач не имеет аналогов в мире.

• «В созданной нами системе мультиагентного диспетчирования нет центрального узла, который принимает решение за все вычислительные ресурсы, входящие в состав системы. На каждом вычислительном ресурсе находится свой программный агент, который взаимодействуя с агентами других ресурсов, участвует в распределении задач между ними.  Это, конечно, принципиально новый подход. Данная технология может послужить основой  для создания национальной суперкомпьютерной инфраструктуры, объединяющей все суперкомпьютерные мощности нашей страны в единый вычислительный ресурс, доступный всем пользователям. Управление таким огромным ресурсом невозможно из единого центра, поэтому здесь как раз и требуется интеллектуальная мультиагентная технология диспетчирования. Внедрение такой технологии  в СКЦ «Политехнический» – первый шаг к созданию национальной суперкомпьютерной инфраструктуры»,
  – пояснил Игорь Анатольевич.

С запуском нового вычислительного оборудования общая пиковая вычислительная мощность СКЦ «Политехнический» вырастет с 1,5 ПФлопс до 1,6 ПФлопс. Однако интеграция реконфигурируемых вычислителей позволяет существенно сократить время решения отдельных задач (на 10-50% в зависимости от класса выбранной задачи). Таким образом, при практически неизменном уровне пиковой производительности реальная производительность СКЦ для выбранных классов задач существенно возрастет.

• «Хочу еще раз поблагодарить Министерство науки и высшего образования РФ, потому что мы победили в конкурсе по первому приоритету научно-технологического развития России и сформировали Научный центр мирового уровня «Передовые цифровые технологии». Первый приоритет – это все, что связано с новыми наукоемкими технологиями современного цифрового и интеллектуального производства: это и цифровое проектирование и моделирование, и аддитивные технологии, и робототехника, и конечно, большие данные, искусственный интеллект и машинное обучение.
• Мы рады, что в рамках реализации программы НЦМУ у нас есть возможность развивать современную вычислительную инфраструктуру. Ввод в действие новой мощной высокопроизводительной техники с реконфигурируемой архитектурой, созданной на основе идей и научных заделов академика РАН И. А. Каляева, безусловно, увеличивает мощность СКЦ и в определенном классе задач делает его лидирующим в стране»,
  – подвел итог Алексей Боровков.

Напомним, в декабре 2022 года в рамках Четвертого международного форума «Передовые цифровые и производственные технологии» в СКЦ «Политехнический» был запущен суперкомпьютер на базе реконфигурируемых вычислителей (ПЛИС-технологии) – совокупная мощность гибридной вычислительной инфраструктуры СКЦ СПбПУ была увеличена на 0,5 ПФлопс. Поставленная вычислительная система разработана в НИЦ супер-ЭВМ и нейрокомпьютеров в Таганроге, разработка была профинансирована в рамках реализации Программы развития НЦМУ СПбПУ.

Более подробно о технологии разработки и применения суперкомпьютеров с реконфигурируемой архитектурой Игорь Каляев рассказал на открытой лекции для сотрудников, студентов и аспирантов СПбПУ. Спикер выделил основные вехи истории развития мировой суперкомпьютерной отрасли и наращивания производительности суперкомпьютеров на протяжении десятилетий, познакомил аудиторию с Топ-500 – рейтингом самых производительных суперкомпьютеров в мире, где первенство принадлежит США, Японии, Китаю. Говоря о проблемах современных суперкомпьютерных технологий, Игорь Анатольевич подчеркнул, что помимо наращивания потребляемой мощности, заметен спад производительности.

• «Каждые 13-14 лет должно происходить повышение производительности суперкомпьютеров в тысячу раз. Это соответствует закону Мура, который гласит, что количество транзисторов в компьютерном чипе увеличивается каждые 24 месяца. Производительность вычислительных систем возрастает вдвое каждые 18 месяцев за счет увеличения числа транзисторов и тактовой частоты. Однако мы видим, что закон Мура, который действовал с начала развития эры вычислительных машин, перестает выполняться. Это связано с тем, что технологические нормы производства кремниевых микросхем подошли к своему физическому пределу, через который прыгнуть уже невозможно»,
  – рассказал Игорь Анатольевич.

Он подчеркнул, что существующая на сегодняшний день проблема заставляет работать над созданием новых подходов к развитию суперкомпьютеров. Спикер представил перспективные технологии, к которым относятся квантовые, оптические, молекулярные, а также реконфигурируемые суперкомпьютеры – и на последних остановился более подробно. В завершение лекции Игорь Каляев рассказал о перспективах применения реконфигурируемых суперкомпьютеров для ускоренного машинного обучения нейросетей.