Минулого тижня в Об'єднаному інституті ядерних досліджень (ОІЯІ) офіційно ввели в експлуатацію новий суперкомп'ютер імені Н.Н. Говоруна, або, як зазначено в англомовних брошурах, просто. Нова обчислювальна система складається як зі звичайних процесорів Intel Xeon (зрозуміло, одних з кращих на сьогоднішній день), так і з графічних карт Nvidia Volta. Сумарна теоретична пікова потужність комп'ютера оцінюється в один петафлопс, або один квадрильйон операцій з плаваючою комою в секунду. Ми побували в Лабораторії інформаційних технологій (ЛІТ), де встановлений «Говорун» і підготували невелику фотогалерею прямо з машинного залу.
«Говорун» - гібридний, гетерогенний суперкомп'ютер. Це означає, що він складається з трьох принципово різних підсистем. Кожна з них, відповідно, складається з декількох потужних обчислювальних вузлів. Перша підсистема складається з 21 вузла з 72-ядерними процесорами Intel Xeon Phi 7290, які чудово підходять для паралельних обчислень. Друга підсистема побудована на 18-ядерних процесорах Intel Xeon Gold 6154 - вони добре справляються з ресурсомісткими обчисленнями. На кожному з 40 вузлів суперкомп'ютера встановлено по два таких процесора. Третя підсистема побудована на графічних ядрах (GPU). Вона складається з п'яти вузлів NVIDIA DGX-1 Volta, в кожному з них встановлено по вісім відеокарт Tesla V100.
Цікаво, що саме графічна частина робить найбільший внесок у загальну обчислювальну потужність системи - понад 600 терафлопс. Правда, варто відзначити, що різні види чіпів справляються краще з різними видами завдань. Об'єднання їх в єдиний пристрій - продовження робіт ЛІТ ОІЯІ над платформою HybriLIT для гетерогенних комп'ютерів.
Суперкомп'ютери, що складаються з величезної кількості ядер, добре справляються з конкретними типами завдань - тими, які можна легко і ефективно розпараллелити на велику кількість обчислювальних вузлів. Це і зрозуміло: якщо якесь завдання зводиться до строго послідовного виконання мільярдів простих дій, кожне з яких вимагає знання результату попереднього, запускати його більше ніж на одному ядрі безглуздо. Інша справа, коли нам треба, наприклад, взяти і помножити матрицю на вектор або, простіше, порахувати прогноз погоди з масиву даних про швидкість вітру, вологість і температуру на заданій карті. Тоді у нас виникає маса однотипних незалежних дій, які можна розподілити на десятки ядер.
Які завдання буде вирішувати новий суперкомп'ютер?
Будівля Лабораторії інформаційних технологій ОІЯІ
Дві підсистеми суперкомп'ютера «Говорун» з трьох побудовані на базі процесорів Intel Xeon і забезпечують трохи менше половини всієї його обчислювальної потужності
Система «РСК Торнадо». Кожен обчислювальний вузол складається з двох процесорів Intel Xeon Gold або одного Intel Xeon Phi.
Нелюбов кварків до самотності
Одна з невирішених проблем сучасної фізики елементарних частинок - проблема конфайнмента. Подивимося на будову найпростішого баріону - протона. Він складається з трьох кварків, утримуваних разом сильною взаємодією. Спробуємо відірвати один із кварків. Звичайні взаємодії швидко слабшають з відстанню, але сильна взаємодія, навпаки, - зростає, її навіть порівнюють з натягуванням струни. Після якогось критичного «зусилля» кварк все ж можна відірвати від протона, але енергії, яка виділиться при розриві «струни», вистачить на те, щоб утворити два нових кварки на її кінцях. А значить, в результаті ми вирвемо з протона замість одного кварка відразу пару (вона називається мезон), та й сам протон залишиться при своїх трьох кварках.
Така поведінка підтверджується експериментами на прискорювачах елементарних частинок - при зіткненнях протонів і важких ядер розлітаються осколки являють собою адрони, але ніяк не одиночні кварки. Одночасно з цим існує протилежне явище - деконфайнмент. При високих температурах (набагато вище трильйонів градусів) енергія частинок виявляється настільки високою, що вони не утримуються сильною взаємодією і формують плазму, в якій вже можна говорити про окремі кварки. Сучасні моделі стверджують, що через долі секунд після Великого Вибуху наш Всесвіт існував саме у вигляді кварк-глюонної плазми. Від того, за яких температур і як саме відбувається перехід від конфайнменту до деконфайнменту, залежить наше розуміння розвитку Всесвіту.
Явища адронізації (народження нових кварків після розриву «струни») і конфайнмент надзвичайно складно описати теоретично - занадто громіздкими виявляються відповідні рівняння квантової хромодинаміки. Однак є хороший метод, який дозволяє їх вирішувати чисельно, наближено, - він називається решіткова квантова хромодинаміка (LQCD). Щоб зробити чисельний розрахунок, безперервний простір-час перетворюють на чотиримірну сітку. Потім кожному вузлу сітки ставлять у відповідність стан реальної системи в заданій точці простору в заданий момент часу. У кожному вузлі сітки необхідно обчислити кілька інтегралів, і вони будуть відповідати шляхам, якими може піти досліджуваний процес. Для цього і необхідний суперкомп'ютер.
До речі, історично саме вирішення завдань LQCD підштовхнуло розвиток обчислювальних систем - так, відома серія суперкомп'ютерів Blue Gene «виросла» з систем QCDOC - «квантової хромодинаміки на чіпах». Кожне ядро в таких чіпах відповідало вузлу простору-часу. Зрозуміло, що чим більше вузлів сітки ми можемо взяти (і чим більше ядер ми використовуємо), тим точніше ми можемо дати передбачення.
Інфраструктура системи охолодження машинного залу ЛІТ ОІЯІ - фільтри та градирні