27, октябрь 2011  —  Федеральная служба по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды (Росгидромет), группа компаний РСК и корпорация Intel представили новый энергоэффективный высокопроизводительный кластер, созданный на основе процессоров Intel® Xeon® серии 5600 с использованием жидкостного охлаждения. Группа компаний РСК выступила разработчиком технологического решения и интегратором установки пилотной кластерной системы с пиковой производительностью 15,33 TFLOPS (триллионов операций в секунду) с возможностями дальнейшего расширения. Это высокопроизводительное решение является инструментом российских метеоролог ов для дальнейшего развития оперативных технологий с целью повышения точности, заблаговременности и детализации прогнозов погоды.

В настоящее время Росгидромет решает широкий спектр сложных задач в области обработки гидрометеорологических данных, моделирования и прогнозирования процессов в атмосфере и океане, требующих больших вычислительных ресурсов и высокой эффективности их использования. Метеорологический центр в Москве, наряду с центрами в Вашингтоне и Мельбурне, является одним из трех Мировых метеорологических центров Всемирной метеорологической организации (ВМО). В рамках ВМО Мировой метеорологический центр в Москве обеспечивает выполнение международных обязательств России по обмену прогностической информацией и данными гидрометеорологических наблюдений.

Введенный Росгидрометом в эксплуатацию в марте 2009 года вычислительный комплекс с суммарной пиковой производительностью 27 TFLOPS позволил ученым Гидрометцентра России реализовать накопленный к данному моменту научный потенциал в развитии прогностических моделей. Взрывной характер внедрения в оперативную практику глобальных моделей с шагом 30-40 км и мезомасштабных моделей с шагом 2-7 км в течение двух лет практически исчерпал вычислительные ресурсы ранее установленного вычислительного кластера.

«Для повышения точности и детализации прогнозов погоды необходимо увеличение пространственно-временного разрешения моделей и их физического насыщения. Научная обоснованность моделирования процессов в атмосфере позволяет уже сейчас реш а ть данные задачи на вычислительных мощностях порядка 0,5  PFLOPS (пятьсот триллионов операций в секунду) . И отсутствие требующихся вычислительных мощностей сдерживает ученых и практиков Гидрометцентра России», — подчеркнул Роман Вильфанд, директор Гидрометцентра России.

«При подготовке следующего этапа модернизации с увеличением вычислительной мощности минимум в 10-15 раз нам нужно найти решение, отвечающее все возрастающим требованиям энергоэффективности в условиях существенных ограничений по доступности электроэнергии и необходимости снижения прочих эксплуатационных расходов, — поясняет директор ГВЦ Росгидромета Владимир Анцыпович. — Высокопроизводительное решение РСК на основе процессоров Intel® Xeon® серии 5600 с использованием жидкостного охлаждения, обладающее высоким уровнем компактности и низким энергопотреблением в сочетании с возможностями для дальнейшего наращивания мощности и масштабирования при одновременном обеспечении высокой надежности, отвечает достаточно жестким критериям Росгидромета, предъявляемым к вычислительным комплексам на современном этапе » .

Создание инновационного вычислительного кластера Росгидромета

Группа компаний РСК, ведущий в России и СНГ разработчик и интегратор «полного цикла» суперкомпьютерных решений нового поколения на основе архитектур корпорации Intel и передового жидкостного охлаждения, провела глубокую модернизацию поставленного по контракту с ГВЦ Росгидромета оборудования до уровня пилотной системы, обладающей на данный момент пиковой производительностью 15,33 TFLOPS .

Новый вычислительный кластер Росгидромета основан на разработанной РСК инновационной архитектуре «РСК Торнадо», впервые продемонстрированной на ведущей европейской отраслевой выставке International Supercomputer Conference (ISC), прошедшей в Гамбурге в июне 2011 г. «РСК Торнадо» – это первое в мире энергоэффективное суперкомпьютерное решение с передовым жидкостным охлаждением для массово доступных стандартных серверных плат на базе процессоров Intel® Xeon®, изначально создававшихся для традиционных систем с воздушным обдувом электронных компонент. Архитектура «РСК Торнадо» обеспечивает гибкость конфигурации вычислительных узлов со стандартными интерфейсами и простоту построения решения, высокую ремонтопригодность (простота замены модулей оперативной памяти и увеличения ее объема, обновление на новые модели процессоров), возможность интеграции с любыми внешними изделиями со стандартными интерфейсами (PCI Express).

На текущий момент пилотная кластерная система, установленная в Росгидромете, состоит из 96 вычислительных узлов, каждый из которых содержит по два наиболее высокопроизводительных процессора Intel® Xeon® 5680 с тактовой частотой 3,33 ГГц (всего 192 процессора). В системе реализован большой объем оперативной памяти на один узел — 48 ГБ (суммарный объем оперативной памяти всей системы составляет 4608 ГБ). Коммуникационная сеть построена на базе высокоскоростного интерфейса Infiniband QDR. Уже в рамках пилотной системы вычислительный кластер обладает следующими уникальными характеристиками:

• Высокая энергоэффективность – показатель эффективности использования электроэнергии ( Power Usage Effectiveness , PUE) достигает рекордного для HPC -индустрии значения 1,06 (соотношение «энергопотребление всей системы/энергопотребление электронных компонент»). То есть не более 5,7% энергопотребления будет расходоваться на охлаждение всей системы;
• Высокая вычислительная плотность и, как следствие, компактность;
• Рекордно высокий коэффициент вычислительной эффективности – более 92% на тесте LINPACK;
• Простота и высокая надежность;
• Экономическая эффективность;
• Высокая масштабируемость;
• Возможность использования ускорителей (архитектуры Intel MIC).

«Инновационная архитектура «РСК Торнадо» с передовым жидкостным охлаждением позволила создать вычислительный кластер Росгидромета, который не только удовлетворяет всем жестким критериям, предъявляемым к системам подобного класса, но и обладает поистине уникальными характеристиками: низким уровнем энергопотребления в сочетании с рекордным показателем эффективности использования электроэнергии и большой вычислительной эффективностью. Этот пилотный проект стратегически важен для нас не только из-за реализованных в нем технологических инноваций и перспектив дальнейшего развития, но и вследствие высокой социальной значимости тех задач, которые сможет решать Росгидромет с помощью нового энергоэффективного высокопроизводительного комплекса», — отметил Алексей Шмелев, исполнительный директор группы компаний РСК.

В рамках пилотного проекта на основе стандартной архитектуры х86 уже в этом году производительность вычислительного кластера в ГВЦ Росгидромета будет увеличена до 30 TFLOPS без изменения габаритов системы.

С 2003 года специалисты корпорации Intel принимали участие в работах Росгидромета по оптимизации прогностических алгоритмов в вычислительных средах с высоким уровнем распараллеливания. В апреле 2008 года Росгидромет и корпорация Intel объявили о создании Центра компетенции высоких технологий в гидрометеорологии. Задачами данного Центра являются исследования в области вычислительных структур в применении к задачам оперативной гидрометеорологии и оптимизация соответствующих вычислительных алгоритмов. «Благодаря длительной совместной работе специалистов обеих сторон удалось оптимизировать прогностические модели, применяемые в Росгидромете, для кластерных систем на основе архитектуры х86. Это позволило максимально быстро адаптировать внедренный вычислительный комплекс под текущие оперативные задачи. А лидирующие по производительности процессоры Intel Xeon позволят Росгидромету получить необходимую дополнительную вычислительную мощность для решения этих задач», — сказала Юлия Клебанова, директор по работе с корпоративными заказчиками корпорации Intel в странах СНГ.