Разработка компактных супер-ЭВМ «Развитие суперкомпьютеров и грид-технологий» ФГУП «РФЯЦ-ВНИИЭФ»

Суперкомпьютерные технологии – основное «технологическое оружие» XXI века для достижения конкурентоспособности на мировом рынке

Разработка компактных супер-ЭВМ«Развитие суперкомпьютеров и грид-технологий»

ФГУП «РФЯЦ-ВНИИЭФ»

С.Петербург, 17 июня 2010

ЗАДАЧИ ПРОЕКТА ЗАДАЧИ ПРОЕКТА ЗАДАЧИ ПРОЕКТА ЗАДАЧИ ПРОЕКТА

Выездное заседание Комиссии при Президенте РФ по вопросам модернизации и технологического развития экономики (г.Саров, 2009)

ЦЕЛЬ ПРОЕКТА: развитие суперкомпьютеров, суперкомпьютерного программного обеспечения, грид-технологий и их промышленное внедрение.ЦЕЛЬ ПРОЕКТА: развитие суперкомпьютеров, суперкомпьютерного программного обеспечения, грид-технологий и их промышленное внедрение.

2

2

• Внедрение отечественных пакетов программ имитационного моделирования на супер-ЭВМ для проектирования и разработки новых образцов техники в высокотехнологичных отраслях промышленности

3

• Разработка базового ряда супер-ЭВМ

• Создание отечественного базового программного обеспечениядля комплексного имитационного моделирования на супер-ЭВМ

1

Конкурентоспособностьотечественных изделий на внутреннем

и внешнем рынках

Сертификация в надзорных органах 2012г.

Создание отечественного базового программного обеспечения для комплексного имитационного моделирования на супер-ЭВМ

3

• ЛОГОС

• ЛЭГАК-ДК

• ДАНКО+ГЕПАРД

• НИМФА

Отечественные базовые пакеты программ

Моделируемые процессы• Газодинамика• Аэродинамика• Гидродинамика• Турбулентное перемешивание• Прочность и разрушение• Тепломассоперенос• Многофазная многокомпонентная фильтрация --------------------------------------------Быстропротекающие и статические

Моделируемые процессы• Газодинамика• Аэродинамика• Гидродинамика• Турбулентное перемешивание• Прочность и разрушение• Тепломассоперенос• Многофазная многокомпонентная фильтрация --------------------------------------------Быстропротекающие и статические

Внедрение в работыпредприятий базовыхотраслей промышленности 2010г.:

- Авиастроение

-Атомная энергетика

-Автомобилестроение

- Ракетно-космическая

Повышение отечественнойИнформационной безопасности

Базовый ряд супер-ЭВМ разработки РФЯЦ-ВНИИЭФ

Компактные супер-ЭВМ

Расчетная отработка отдельных узлов и

деталей изделия. Расчеты в упрощенной постановке

для принятия оперативных решений.

Вычислительные комплексырекордной

производительности

Полномасштабное многовариантное моделирование всего изделия в целом, в различных условиях и режимах его эксплуатации, том

числе в аварийных режимах.Прецизионное моделирование.

Разработка базового ряда супер-ЭВМ

8

Разработки РФЯЦ-ВНИИЭФ.От первого суперкомпьютера к первой компактной суперЭВМ

Пиковая производительность 0,128 Тфлопс

Количество процессоров 256 шт.

Объём оперативной памяти 67,6 Гбайт

Емкость дисковой памяти 1,15 Тбайт

Занимаемая площадь с зоной обслуживания (20 стоек 47U)

43,7 кв.м

Масса 6100 кг

Система охлаждения воздушная

Потребляемая мощность 24 кВт

Площадь для инженерных систем 486 кв.м

2010201020002000

Пиковая производительность 1,0 Тфлопс

Количество процессорных ядер 144 шт.

Объём оперативной памяти до 768 Гбайт

Емкость дисковой памяти до 24 Тбайт

Габариты (В х Ш х Г) 650 х 325 х 725 мм

Масса 60 кг

Система охлаждения процессоров жидкостная

Потребляемая мощность не более 2,2 кВт

Площадь для инженерных систем не требуются

9

• Компактные супер-ЭВМ — это полнофункциональный программно-аппаратный комплекс для высокопроизводительных вычислений, не требующий для эксплуатации специальных инженерных систем.

• Компактные супер-ЭВМ оснащены базовым системным и прикладным ПО разработки РФЯЦ–ВНИИЭФ, ориентированным на решение конкретных задач трёхмерного имитационного моделирования.

Разработка базового ряда супер-ЭВМ.Компактные супер-ЭВМ разработки РФЯЦ-ВНИИЭФ

• Позиционирование — экономичное решение для рабочих групп, исследователей и разработчиков (для персонального и коллективного использования).

10

Разработка базового ряда супер-ЭВМ.Специализированная компактная супер-ЭВМразработки РФЯЦ-ВНИИЭФ

Особенности эксплуатации:• Решение специальных классов задач для наукоёмких отраслей промышленности• Не требует создания специальных инженерных систем обеспечения охлаждения и электропитания; • Термодизайн и пониженный уровень шума;• Литера «О1» – мелкосерийное производство; • Пакеты программ расчёта молекулярной динамики и нейтронно-физических характеристик ЯЭУ методом Монте-Карло

Назначение: Решение специальных классов задач для наукоёмких отраслей промышленности

Возможные потребители:научно-технические центры, КБ иинжиниринговые компании, университеты.

11

ПАРАМЕТРЫПроизводительность - до 0,7 Тфлоп/с (до 50 ПЭВМ)Потребляемая мощность - 1,5 кВтСтоимость - 200 тыс. руб.

Особенности эксплуатации:

• Уникальная разработка, не имеет отечественных аналогов;• Не требует создания специальных инженерных систем обеспечения охлаждения и электропитания; • Термодизайн и пониженный уровень шума;• Литера «О1» – мелкосерийное производство; • Возможность использования широкого спектра программного обеспечения, включая коммерческое.

Назначение:Решение всего спектра задач для инженерных расчетов.

Возможные потребители:Широкий круг предприятий различных отраслей промышленности, научно-технические центры, КБ и инжиниринговые компании, университеты и другие организации.

Разработка базового ряда супер-ЭВМ.Универсальная компактная супер-ЭВМ разработки РФЯЦ-ВНИИЭФ

12

ПАРАМЕТРЫПроизводительность - 1 Тфлоп/с (40 ПЭВМ)Потребляемая мощность - 2.2 кВтСтоимость - 1,6 млн. руб.

В рамках проекта «Развитие суперкомпьютеров и грид-технологий»:

АВИАСТРОЕНИЕ• ОАО «Компания «Сухой» (г.Москва)• ОАО НПО «Сатурн» (г.Рыбинск)

АТОМНАЯ ЭНЕРГЕТИКА• ОАО «ОКБМ Африкантов» (г.Н.Новгород)• ОАО ОКБ «Гидропресс» (г.Подольск)• ОАО «Атомэнергопроект» (г.С.-Петербург)• ОАО «ВНИИ АЭС» (г. Москва)• ФГУП «НИТИ им.А.П.Александрова» (г.Сосн. Бор)• ИБРАЭ РАН (г.Москва)

АВТОМОБИЛЕСТРОЕНИЕ• ОАО «КАМАЗ» (г.Наб.Челны)

РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКАЯ ОТРАСЛЬ• ОАО «КБ ХимАвтоматики» (г.Воронеж)• ФГУП ГНПРКЦ «ЦСКБ «Прогресс» (г.Самара)• ФКП «НИЦ РКП» (г.Пересвет)

Универсальная компактная супер-ЭВМразработки РФЯЦ-ВНИИЭФ.Серийное производство компактных супер-ЭВМ

Первые заказыпредприятийпромышленности,науки, образования:

Самарский государственный аэро- космический университет (г.Самара) НИИСИ РАН (г.Москва)ООО «Саровский инженерный центр» (г.Саров)ОАО «Технопарк-Технологии» (г.Саров)ООО НПО «ВНИИЭФ-ВОЛГОГАЗ» (г.Саров)Уральский государственный университет (г.Екатеринбург)ОАО ОКБ «Гидропресс» (г.Подольск)

Самарский государственный аэро- космический университет (г.Самара) НИИСИ РАН (г.Москва)ООО «Саровский инженерный центр» (г.Саров)ОАО «Технопарк-Технологии» (г.Саров)ООО НПО «ВНИИЭФ-ВОЛГОГАЗ» (г.Саров)Уральский государственный университет (г.Екатеринбург)ОАО ОКБ «Гидропресс» (г.Подольск)

Компактные супер-ЭВМ – настольный инструмент исследователянаучно-технических центров, КБ и инжиниринговых компаний, университетов

Компактные супер-ЭВМ – настольный инструмент исследователянаучно-технических центров, КБ и инжиниринговых компаний, университетов

ОСНАЩЕНИЕОСНАЩЕНИЕ

13

Теоретическая пиковая производительность 1,0 Тфлоп/с

Количество процессорных ядер 144 шт.

Максимальный объём оперативной памяти до 768 Гбайт

Емкость дисковой памяти до 24 Тбайт

Операционная система Linux

Акустический уровень шума Менее 50 дБА

Габариты (В х Ш х Г) 650 х 325 х 725 мм

Вес 60 кг

Количество материнских плат и процессоров на плате 3 шт. / 4 шт.

Система охлаждения процессоров жидкостная

Система межпроцессорных обменов InfiniBand QDR

Сеть управления и мониторинга Ethernet

Подключение к локальной сети предприятия Gigabit Ethernet

Система шумоподавления пассивная

Электропитание 220 В, 50 Гц

Потребляемая мощность не более 2,2 кВт

Стоимость (в зависимости от комплектации) от 1,6 млн. руб.


14


Материнская плата

БП

65 см

HDD

73 см

Управление, мониторинг и пр.

Вид сбоку

Коммутатор GE 5 портов

33 см

Вид сзади

БП

Система межпроцессорных

обменов

Адаптер IB

Плата2

Адаптер IB

Плата 1

Адаптер IB

Плата3

15


• Операционная система Scientific Linux SL v5.4 (Boron)

• ПО для коммуникационной среды InfiniBand - OFED v 1.5.1

• Реализация библиотеки MPI — OpenMPI v. 1.4.1

• Системы программирования для языков C, С++ и Fortran для

компиляторов GNU — gcc, g++, g77

• Параллельная файловая система

• Система программирования для языков C, С++ и Fortran PGI

• Система программирования для языков C, С++ и Fortran Intel

• Сетевая информационная службы NIS

• Сетевая служба поддержки времени NTP

16


• Система инсталляции и настройки системного ПО СПРУТ

• Система управления заданиями JAM

• Специализированная реализация библиотеки MPI на основе MVAPICH v. 1.0.1

• Модифицированный сетевой менеджер OpenSM для коммуникационной среды InfiniBand

• Средства отладки параллельных приложений, включающие параллельный отладчик ParDB и библиотеку для обработки исключительных ситуаций в процессе выполнения параллельных приложений libfault

• Система сбора и анализа информации об эффективности выполнения параллельных приложений OpenSTK

• Библиотека последовательных и параллельных решателей PMLP LParSol

• Библиотека доступа к единому файлу-разрезу EFR

• Параллельная система графической постобработки ScView

• Средства управления и администрирования

• Система мониторинга и контроля CPANEL

• Набор средств тестирования и оценки производительности вычислительных модулей и коммуникационной среды

17

30 марта 2010 года первая универсальная компактная супер-ЭВМ с российским программным обеспечением,

разработанная ФГУП «РФЯЦ-ВНИИЭФ», передана в ОАО «Компания «Сухой».

30 марта 2010 года первая универсальная компактная супер-ЭВМ с российским программным обеспечением,

разработанная ФГУП «РФЯЦ-ВНИИЭФ», передана в ОАО «Компания «Сухой».

До конца текущего года ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ" изготовит и передаст производителям 20 универсальных компактных супер-ЭВМ. Среди пользователей в том числе будут:ОАО «НПО Сатурн» (г.Рыбинск)ОАО «ОКБМ Африкантов» (г.Н.Новгород)ОКБ «Гидропресс» (г.Подольск)ИБРАЭ РАН (г.Москва)ОАО «СПбАЭП» (г.С.-Петербург)ОАО «КБ ХимАвтоматики» (г.Воронеж)ФКП «НИЦ РКП» (г.Пересвет)ГНПРКЦ «ЦСКБ-Прогресс» (г.Самара)ОАО «КАМАЗ» (г.Наб.Челны)


18

Обоснование безопасности во внештатныхситуациях при взлете/посадке

Решаемые задачи:

Расчетный анализ безопасности

авиалайнера при взлете/посадке в случае

поломок шасси.

Результат: Подготовлен материал для

сертификации безопасности

Новый Российский среднемагистральный самолет SUPERJET-100

19

Примеры внедрения суперкомпьютерных технологий

Авиастроение

Основные участники работ: ОАО

«Компания «Сухой», ФГУП «РФЯЦ-

ВНИИЭФ», ОАО «НПО Сатурн»,

«Саровский инженерно-научный центр»

Отечественные программныекомплексы расчета сложных сетей

разветвленныхтрубопроводов самолетов

Решаемые задачи:• Автоматизация процесса проектирования

топливных систем самолета

• Определение оптимальной последовательности выработки топливных баков из условий устойчивости и управляемости лайнера;

• Анализ аварийных ситуаций в топливных системахЭффективность:Сокращение сроков проектирование топливных систем летательных аппаратов

20

Основные участники работ: ОАО «Компания «Сухой», ФГУП «РФЯЦ-ВНИИЭФ»


Авиастроение

21

Атомная энергетика

Основные участники работ: ОАО «ОКБМ Африкантов», ФГУП «РФЯЦ-ВНИИЭФ»

Результат:Расчетными исследованиями модельной 57-ми стержневой сборки получены данные для выбора оптимальной формы турбулизирующих решеток.

Моделируемые процессы:Гидродинамическое течение теплоносителя с учетом турбулентного перемешивания в районе дистанцирующих и турбулизирующих решеток

Число процессоров – 680Время расчёта – 4 часаВремя расчета на ПЭВМ ~ 2 мес


Оптимизация тепловыделяющей сборкиактивной зоны ядерных энергетических

установок (ВВЭР, ВБЭР-300)

Обоснование безопасности АЭС

22

Атомная энергетика

Основные участники работ: ОАО «ОКБМ Африкантов», ФГУП «РФЯЦ-ВНИИЭФ»; ОАО «СПбАЭП»

Результат:Определен запас прочности защитной оболочки НВАЭС методом расчетного исследования при различных углах и скоростях падения;

Моделируемые явления:-Исследование прочности защитной оболочки АЭС с ВВЭР-100 при падении тяжелого самолета в соответствии с требованиями МАГАТЭ


Обоснование безопасности газотранспортировки

Нефтегазовая отрасль

23

Основные участники работ: ФГУП «РФЯЦ-ВНИИЭФ», ОАО «Газпром»

Моделируемые процессы:Разрыв трубопровода при высоком давлении при скорости образования трещины выше скорости звука.

Результат:Расчетными исследованиями определены требования к качеству трубной продукции, в результате чего определены типы изделий для ОАО «Газпром»


Экология и мониторинг окружающей среды

Модель пластов

24

Расчетная модель

Анализ техногенных аварий с утечкой загрязнения в грунтовые воды

Основные участники работ: ФГУП «РФЯЦ-ВНИИЭФ», СПбО ИГЭ РАН, НИИММ КГУ, СПбГУ, МГУ

Моделируемые процессы:- Фильтрация грунтовых вод в подземных пластах;- Массоперенос примесей с учетом взаимодействия с породой.

Результат:Прогноз скорости и направления распространения пятна загрязнений подземных вод; Выработка рекомендаций по мерам предотвращения загрязнений источников питьевой воды.


Documents

Разработка компактных супер-ЭВМ «Развитие суперкомпьютеров и грид-технологий» ФГУП «РФЯЦ-ВНИИЭФ»