Реализация ПНЗ

Участие ЦКП в реализации ПНЗ «Разработка математических моделей и программно-алгоритмического обеспечения для систем с экстрамассивным параллелизмом и решение пилотных задач науки и техники»

Программа участия ЦКП в реализации ПНЗ «Разработка математических моделей и программно-алгоритмического обеспечения для систем с экстрамассивным параллелизмом и решение пилотных задач науки и техники»

Для обеспечения эффективного участия ЦКП в решении ПНЗ была разработана Программа развития ЦКП «Комплекс моделирования и обработки данных исследовательских установок мега-класса» на 2014–2015 годы. Целью программы является комплексное развитие ЦКП, как объекта научной инфраструктуры, ориентированного на эффективное участие в реализации ПНЗ «Разработка математических моделей и программно-алгоритмического обеспечения для систем с экстрамассивным параллелизмом и решение пилотных задач науки и техники» путем создания современной исследовательской информационно-коммуникационной инфраструктуры, развития материальной, технологической, кадровой и научной базы Центра коллективного пользования научным оборудованием «Комплекс моделирования и обработки данных исследовательских установок мега-класса», для обеспечения решения следующих задач ПНЗ:

Решение с помощью компьютерного моделирования на высокопроизводительных вычислительных системах прорывных задач науки и техники.
Обеспечение доступа для специалистов к современной инфраструктуре высокопроизводительных вычислительных систем на принципах режима коллективного пользования научным оборудованием.
Совместное проведение вычислительных экспериментов в ходе выполнения крупных, в том числе межотраслевых, комплексных проектов.
Импортозамещение в области наукоёмких программных продуктов и суперкомпьютерных технологий
Подготовка специалистов и кадров высшей квалификации.
Поддержка развития отечественных научных школ.
Аккумулирование опыта разработки, развертывания и использования суперкомпьютерных вычислительных мощностей.

Основным мероприятием программы является создание в рамках ЦКП выделенного для решения задач ПНЗ суперкомпьютерного ресурса пиковой производительностью не менее 600 ТФЛОПС. Мероприятия по дооснащению технической базы ЦКП современным дорогостоящим оборудованием (стоимостью свыше 3 млн. руб) включают в себя:

приобретение и запуск в эксплуатацию оборудования общей стоимостью 160 млн. руб. Состав оборудования отработан в проектах и ОКР выполненных в НИЦ «Курчатовский институт» в 2011–2013 гг;
монтаж и пусконаладочные работы;
интеграция приобретенного оборудования в существующие программно-аппаратные комплексы.

В соответствии с «Перечнем задач, решение которых требует привлечения ресурсов центров коллективного пользования» (Приложение №1 к Программе реализации ПНЗ «Разработка математических моделей и программно-алгоритмического обеспечения для систем с экстрамассивным параллелизмом и решение пилотных задач науки и техники») ЦКП принимает участие в решении следующих задач:

Создание системы для моделирования, хранения и обработки больших объемов данных (BigData) для экспериментов в фундаментальных областях знаний и промышленных приложениях. (Задача №3)
Разработка инструментов и методов оптимизации массивно-параллельных прикладных расчетов и программно-аппаратных вычислительных устройств, а также инструментов эффективного управления ими. (Задача №6)
Разработка алгоритмов и программных средств для решения обратных задач математической физики, применимых при проведении расчётов на больших распределённых вычислительных системах. (Задача №11)
Создание технологии использования программ трехмерного теплогидравлического расчета (CFD), обеспечивающей адекватное описание наиболее сложных режимов работы ядерных энергетических установок транспортного назначения. (Задача №12)
Развитие методов решения больших разреженных систем линейных алгебраических уравнений на многоядерных вычислительных системах и сопроцессорах. (Задача №14)
Разработка математических моделей и программно-алгоритмического обеспечения для систем с экстра массовым параллелизмом и решения задач обработки экспериментальных данных на установках мега-класса XFEL. (Задача №17)
Суперкомпьютерное моделирование физических свойств сложных квантовых сред: от кварк-глюонной плазмы до наноструктур. (Задача №18)
Разработка интегрированных систем кодов нового поколения для разработки и обоснования безопасности ядерных реакторов, проектирования АЭС, создания технологий и объектов ядерного топливного цикла. (Задача №28)

Центр также предоставляет ресурсы для решения пилотных задач науки и техники, требующих больших объемов вычислений и/или хранения и обработки данных:

программно-алгоритмическое обеспечение моделирования для научно-технических расчетов (аэро- и гидро-динамика и т.п.);
моделирование процессов в мозге человека;
поиск новых лекарственных препаратов;
моделирование квантовых эффектов при создании новых материалов;
моделирование классических эффектов при создании новых материалов;
создание методов и приемов повышения эффективности имеющихся алгоритмов и ПО;
исследование космоса (моделирование, анализ больших данных).

Задачи промышленности, требующие использования суперкомпьютеров, решаемые с использованием оборудования ЦКП:

Атомная энергетика (НИКИЭТ, ОКБМ, Гидропресс, Атомэнергопроект и др.):
1. Моделирование активной зоны реактора (теплообмен, прочностные свойства топливных элементов) при длительной эксплуатации реактора. Проблема — повышение эффективности и надежности реактора.
2. Моделирование проектных и запроектных тяжелых аварий атомного реактора. Проблема — повышение безопасности и надежности реактора.
Судостроение (ОСК, ЦНИИ имени Крылова):
1. Моделирование обтекания судового корпуса при его буксировке. Проблема — оптимизация формы корпуса для снижения сопротивления и уменьшения расхода топлива.
2. Моделирование обтекания судового корпуса совместно с действующей моделью судового движителя. Проблема — определение и оптимизация параметров работы элементов пропульсивного комплекса судна с целью уменьшения расхода топлива.
3. Моделирование обтекания судового корпуса при криволинейном движении. Проблема — определение и оптимизация параметров управляемости судна.
4. Моделирование общего продольного изгиба судового корпуса в наиболее полной его детализации. Проблема — снижение металлоемкости судна и повышение его надежности.

Решаемые в рамках ПНЗ задачи сгруппированы в два основных направления:

высокопроизводительные вычисления (суперкомпьютерные и грид-технологии), включая задачи предсказательного моделирования и инженерно-физические расчеты;
вычисления с высокой пропускной способностью (грид-технологии) для моделирования, обработки, анализа и хранения данных экспериментов на научных мегаустановках.

Высокопроизводительные (суперкомпьютерные) вычисления обеспечивают исследования и разработки в областях «Индустрия наносистем», «Энергоэффективность, энергосбережение, ядерная энергетика», «Науки о жизни», моделирование и анализ данных научных мегаустановок.

Компьютерная инфраструктура вычислений с высокой пропускной способностью (грид-технологии) построена на базе многофункционального аппаратно-программного комплекса, интегрированного в международную грид-инфраструктуру WLCG (The Worldwide LHC Computing Grid) и Российскую грид-сеть RDIG (Russian Data-Intensive Grid).

На Грид-ресурсах за год обрабатывается более 10 млн. задач, вырабатывается свыше 84,7 млн. нормочасов с общей надежностью системы более 97%:

Вместе с российскими учеными ресурсы центра используются международными коллаборациями, в которых число работающих на Большом Адронном Коллайдере физиков исчисляется более чем восьмью тысячами.

Взаимодействие с Научным советом ПНЗ «Разработка математических моделей и программно-алгоритмического обеспечения для систем с экстрамассивным параллелизмом и решение пилотных задач науки и техники»

23 декабря 2014 года в НИЦ «Курчатовский институт» под председательством академика Б.Н. Четверушкина было проведено заседание Научного совета ПНЗ «Разработка математических моделей и программно-алгоритмического обеспечения для систем с экстрамассивным параллелизмом и решение пилотных задач науки и техники». На заседании Научного совета, в частности, обсуждались вопросы участия ЦКП в реализации ПНЗ.

Основным направлением деятельности ЦКП по участию в решении ПНЗ на 2015 год было определено расширение вычислительной мощности ЦКП и подготовка ресурсов ЦКП к предоставлению услуг по решению задач ПНЗ.

Были проведены отдельные пререговоры со следующими членами Научного совета:

Аксеновым А.А. — техническим директором ООО «Тесис»,
Больщухиным М.А. — начальником департамента ОАО ОКБМ им. И.И. Африкантова,
Кореньковым В.В. — директором Лаборатории информационных технологий ОИЯИ,
Опанасенко В.Ю. — ген. директорм ОАО «Т-Платформы»,
Скибиным А.П. — начальником отдела ОКБ «ГИДРОПРЕСС».

На 24 сентября 2015 года назначено следующее заседание научного совета ПНЗ в НИЦ «Курчатовский институт».

Работы и проекты, выполняемые по результатам взаимодействия с Научным советом ПНЗ

По результатам взаимодействия с Научным советом ПНЗ:

была проведена совместно с компанией Nvidia и компанией «Т-Платформы» трех дневная школа-семинар «Основы программирования графических процессоров: CUDA и OpenACC»,
предоставляются услуги ЦКП с ООО «Тесис», «Т-Сервисы», МФТИ, ИППИ РАН, ИТЭР, Кинтех и др.
подготовлен стенд с новыми графическими ускорителями для отработки и тестирования программного обеспечения.

В рамках научного семинара «Развитие информационно-коммуникационных технологий и систем, стратегических компьютерных технологий и программ», были представлены следующие доклады:

«LHC Physics Challenges: Run-2 and beyond», докладчик: профессор Хосе Салт, Университет Валенсии и Институт корпускулярной физики (Professor José F. Salt Cairols, University of Valencia and Institute de Fisica Corpuscular),
«ATLAS Software and Computing», докладчик профессор Андрей Филипчич, Люблянский Университет (Professor Andrej Filipcic, University of Ljubljana),
«Комплексная интегрированная среда для моделирования рентгеновского эксперимента на лазерах на свободных электронах и источниках синхротронного излучения поколения 3+», докладчики — А. Бузмаков, ИК РАН, Л. Самойлова, Европейский рентгеновский лазер на свободных электронах (European XFEL GmbH), Гамбург, Германия

Результаты работ и проектов, направленных на решение ПНЗ

Результаты работ по участию специалистов ЦКП в решении задач ПНЗ были доложены на следующих международных форумах и конференциях:

CHEP 2015 (International Conference on Computing in High Energy and Nuclear Physics):
1. M.V. Golosova, M.A. Grigorieva, A.A. Klimentov, E.A. Ryabinkin, G. Dimitrov and M. Potekhin, Studies of BigData metadata segmentation between relational and non-relational databases;
2. E. Ryabinkin et al, Tier-1 in Kurchatov Institute: status before Run-2 and HPC integration.
«Параллельные вычислительные технологии 2015»:
1. С.А. Бобков. Адаптация пакета spsim для расчета дифракции отдельных молекул на графических процессорах.
Семинар ИКИ РАН «Методы суперкомпьютерного моделирования»:
Теслюк А.Б., Бобков С.А., Ильин В.А. «Моделирование и обработка данных для экспериментов по рассеянию излучения лазеров на свободных электронах на макромолекулярных объектах»

Опубликованы следующие статьи:

С.А. Бобков, А.Б. Теслюк и др., «Метод представления дифракционных изображений XFEL для классификации, индексации и поиска», Компьютерные исследования и моделирование, 2015, т. 7, № 3, с. 631–639.
ALICE Collaboration (E. Ryabinkin) Measurement of jet suppression in central Pb-Pb collisions at sNN = 2.76 TeV. Article reference: PLB 746 (2015) 1
ALICE Collaboration (E. Ryabinkin)Inclusive photon production at forward rapidities in proton-proton collisions at s = 0.9, 2.76 and 7 TeV. Article reference: EPJC 75 (2015) 146
ALICE Collaboration (E. Ryabinkin) Two-pion femtoscopy in p-Pb collisions at sNN=5.02 TeV. Article reference: Phys. Rev. C 91 (2015) 034906
ALICE Collaboration (E. Ryabinkin) K*(892)0 and Φ(1020) production in Pb-Pb collisions at sNN = 2.76 TeV. Article reference: Phys. Rev. C 91 (2015) 024609
ALICE Collaboration (E. Ryabinkin) Production of Σ(1385)± and Ξ(1530)0 in proton-proton collisions at √s = 7 TeV. Article reference: Eur. Phys. J. C 75 (2015) 1
ALICE Collaboration (E. Ryabinkin) Measurement of electrons from semi-leptonic heavy-flavour hadron decays in proton-proton collisions at sqrt(s) = 2.76 TeV with ALICE. Article reference: Phys. Rev. D 91 (2015) 012001
ALICE Collaboration (E. Ryabinkin) Multiplicity dependence of jet-like two-particle correlations in pPb collisions at sqrt(sNN) = 5.02 TeV with ALICE at LHC. Article reference: Phys. Lett. B 741 (2015) 38-50
ALICE Collaboration (E. Ryabinkin) Production of inclusive gamma(1S) and gamma(2S) in p-Pb collisions at, root S-NN=5.02 TeV PHYSICS LETTERS B, Volume: 740, Pages: 105-117, Published: Jan 5 2015.

Совместно с Лабораторией технологий больших данных для проектов в области мегасайенс сотрудники ЦКП участвовали в следующих мероприятих по этому направлению:

29 января, НБИКС-Центр, Научный семинар «Big Data processing and analysis challenges in mega-science experiments» («Обработка и анализ больших данных в мега-научных экспериментах»)
30 января — 2 февраля, Дубна, рабочее совещание “Обработка и анализ больших данных в научных экспериментах класса мега-сайнс»
15 – 20 марта, Тайпей. The International Symposium on Grids and Clouds (ISGC). Доклад “PanDA Portal for HENP Experiments and Beyond” (постер) Authors: A. Klimentov; R. Mashinistov; A. Poyda; E. Ryabinkin; A. Teslyuk, D. Drizhuk; A. Novikov; D. Oleynik; A. Polyakov.
13 – 17 апреля, Окинава, Япония. 21st International Conference on Computing in High Energy and Nuclear Physics CHEP2015. Доклады:
- Studies of Big Data meta-data segmentation between relational and non-relational databases (устный) Authors: M. Golosova, M. Grigorieva, E. Ryabinkin, G. Dimitrov, M. Potekhin, A. Klimentov;
- Integration of Russian Tier-1 Grid Center with High Performance Computers at NRC-KI for LHC experiments and beyond HENP (постер) Authors: R. Mashinistov, E. Ryabinkin, A. Teslyuk, A. Poyda, P. Buncic, I. Tkachenko, A. Novikov, K. De, A. Klimentov, L. Yasnopolskiy, D. Oleynik, D. Drizhuk, A. Polyakov, et al.
26 – 27 мая, Дубна, Россия. Научно-практический форум "Распределенные информационно-вычислительные системы и обработка данных в XXI веке" (РИВС-XXI). Доклады:
- Интеграция суперкомпьютеров в Грид-инфраструктуру на примере Курчатовского института;
- Интерфейс системы управления данными и задачами, требующими высокоинтенсивных и высокопроизводительных вычислений;
- FTS3 — служба передачи файлов для Грид, HPC и облаков.
13 – 17 июля, Словакия. Mathematical Modeling and Computational Physics, MMCP-2015. Доклад "Accelerating Science Impact through Big Data Workflow Management and Leadership Computing" (пленарный). Authors: R. Mashinistov, E. Ryabinkin, K. De, D. Oleynik, A. Klimentov, T. Maeno, P. Nilsson, S. Panitkin, T. Wenaus.

Планируемые на 2015 год мероприятия:

14 – 27 сентября, Греция. CERN School of Computing 2015.
28 – 29 сентября, Москва. Суперкомпьютерные дни в России.
28 сентября — 3 октября, Черногория. Nuclear Electronics and Computing, NEC-2015. Доклады:
- Integration Of PanDA Workload Management System With Supercomputers, Authors: A. Klimentov, K. De, S. Jha, T. Maeno, R. Mashinistov, P. Nilsson, A. Novikov, D. Oleynik, S. Panitkin, A. Poyda, K.F. Read, E. Ryabinkin, A. Teslyuk, J.C. Wells and T. Wenaus (пленарный);
- The development of hybrid metadata storage for PanDA Workload Management System, Authors: M. Grigorieva, M. Golosova, A. Klimentov, E. Ryabinkin, K. De (устный);
- Study of ATLAS TRT performance with GRID and supercomputers, Authors: D. Krasnopevtsev, R. Mashinistov, A. Klimentov, E. Ryabinkin (устный).
13 – 16 октября, Обнинск. Аналитика и управление данными в областях с интенсивным использованием данных» (“Data Analytics and Management in Data Intensive Domains” (DAMDID))