Суперкомпьютер «Говорун» стал платформой для научных вычислений

По итогам прошлого года  первую премию ОИЯИ 2022 года  в конкурсе научно-технических прикладных работ получил коллектив авторов цикла работ «Гиперконвергентный суперкомпьютер «Говорун» для реализации научной программы ОИЯИ».

Участники коллектива – Дмитрий Беляков, Алексей Воронцов, Егор Дружинин, Максим Зуев, Владимир Кореньков, Юрий Мигаль, Андрей Мошкин, Дмитрий Подгайный, Татьяна Стриж, Оксана Стрельцова. О проделанной работе рассказал начальник сектора гетерогенных вычислений и квантовой информатики  ЛИТ ОИЯИ  Дмитрий Подгайный.

Суперкомпьютер имени Н. Н. Говоруна  в Лаборатории информационных технологий ОИЯИ – мощная вычислительная машина, которая позволяет проводить одновременно множество расчетов и моделировать различные физические процессы; прежде всего, он используется в качестве симулятора столкновений тяжелых ионов в эксперименте  MPD  ускорительного комплекса  NICA. Также на суперкомпьютере развернут полигон для квантовых вычислений; на нем ведутся теоретические исследования экзотических и сверхтяжелых ядер, обрабатываются экспериментальные данные  Лаборатории радиационной биологии  и выполняются другие прикладные задачи. Для СК «Говорун» впервые в мире применены технологии гибкой архитектуры и прямого жидкостного охлаждения, внедрена иерархическая система обработки и хранения данных, а благодаря ежегодным модернизациям круг задач, которые он решает, постоянно расширяется.

Суперкомпьютер был создан в Лаборатории информационных технологий ОИЯИ в 2018 году на основе опыта, накопленного при эксплуатации гетерогенного кластера  HybriLIT , входящего в состав  многофункционального информационно-вычислительного комплекса ЛИТ. Создание этой уникальной машины является важным технологическим достижением и имеет большое значение для реализации научной программы и международного сотрудничества ОИЯИ.

К 2018 году в институте назрела насущная необходимость в собственном суперкомпьютере. Постоянный рост числа пользователей и расширение круга задач потребовали разработать и внедрить новые технологии. На тот момент ученые ОИЯИ пользовались возможностями кластера HybriLIT, а также ресурсами суперкомпьютеров партнерских организаций.

До создания суперкомпьютера, который теперь вошел в состав HybriLIT, вычислительный кластер показал свою востребованность при решении задач квантовой хромодинамики на решетке, радиационной биологии, в прикладных исследованиях. Однако, например, расчеты КХД на решетке – одни из самых ресурсоемких исследований  Лаборатории теоретической физики ОИЯИ, и мощностей для их проведения ранее не хватало. На «Говоруне» же были получены уникальные результаты по этому направлению.

Сейчас на СК «Говорун» делаются расчеты по 25 темам  проблемно-тематического плана ОИЯИ, в которых участвуют все лаборатории Института; в работах задействованы 323 человека, из них 262 – сотрудники ОИЯИ, остальные – представители стран-участниц. Наращивание количества вычислительных ресурсов на СК «Говорун» планируется ежегодно, поскольку пользователей и задач, решаемых с его помощью, становится все больше.

«Помимо КХД, с точки зрения вычислительных мощностей «Говорун» становится одним из мировых лидеров в моделировании динамики электронных оболочек сверхтяжелых ядер в  Лаборатории ядерных реакций. Наш суперкомпьютер является одним из основных вычислительных ресурсов для этой задачи в мировом масштабе», — рассказал Дмитрий Подгайный. Также теоретические исследования экзотических ядер ведутся на СК «Говорун» сотрудниками  Лаборатории нейтронной физики. Результаты, полученные с использованием ресурсов СК «Говорун» с момента ввода его в эксплуатацию с июля 2018 по сентябрь 2022 года, отражены в 204 научных публикациях, две из них вышли в авторитетном журнале Nature Physics.

На СК «Говорун» не только проводятся расчеты – он используется как научно-исследовательский полигон для выработки программно-аппаратных и IT-решений. Ресурсы СК «Говорун» были включены в единую гетерогенную среду на основе  платформы DIRAC  для проекта NICA, что позволило реализовать программу сеансов массового моделирования данных эксперимента MPD. При этом некоторые задачи по моделированию на MPD возможно выполнить только на СК «Говорун».

В 2022 году генерация данных методом Монте-Карло и реконструкции событий MPD стала первой совместной задачей, решаемой в рамках Национальной исследовательской компьютерной сети (НИКС). В инфраструктуру сети, помимо СК «Говорун»,  вошли  суперкомпьютеры  Межведомственного суперкомпьютерного центра РАН  и  Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого. Первый эксперимент по использованию объединенной инфраструктуры  был успешно завершен, в нем было запущено 3000 задач. В результате было сгенерировано и реконструировано три миллиона событий. Дмитрий Подгайный подчеркнул, что «Говорун» по-прежнему будет использоваться только для задач ОИЯИ, и присоединение партнерских компьютерных центров рассматривается как расширение возможностей суперкомпьютера ОИЯИ.

На «Говоруне» была качественно повышена эффективность моделирования динамики столкновений тяжелых ионов, проведены расчеты радиационной безопасности экспериментальных установок ОИЯИ и повышена эффективность решения прикладных задач [12]. Технологии, внедренные на СК «Говорун», позволили развить на нем экосистему ML/DL/HPC, предоставляющую возможности не только для задач в области машинного и глубокого обучения, но и для удобной организации проведения расчетов и анализа результатов. Примерами таких решений служат разработанная информационно-вычислительная система для совместного проекта с ЛТФ по изучению теоретических моделей джозефсоновских переходов [12] и информационная система для совместного проекта с ЛРБ для обработки, анализа и визуализации данных радиобиологических исследований. В этом проекте ЛРБ и ЛИТ  принимают активное участие  представители научных организаций  Республики Сербии, ассоциированного члена ОИЯИ.

Суперкомпьютер «Говорун» претерпел три этапа модернизации, в продолжение которых дорабатывалась его архитектура и вводились новые компоненты. Модернизация проводилась, в первую очередь, в интересах коллаборации MPD NICA. «Сейчас мы имеем завершенное архитектурное решение, которое в дальнейшем будем масштабировать: увеличивать вычислительные мощности, систему хранения и обработки данных», — сообщил Дмитрий Подгайный.