Дубненский суперкомпьютер поможет физикам совершить новые открытия

Не могут современные физики-теоретики обойтись карандашом и тетрадкой, как отцы-основатели их науки. Слишком громоздки и сложны стали расчеты того, что происходит в невидимом глазу и микроскопу мире элементарных частиц. И, самое главное, предстоящий запуск строящегося здесь же уникального ускорителя элементарных частиц NICA стал еще ближе и реальнее. А все потому, что в год 60-летия пуска в ОИЯИ первой большой ЭВМ "Урал-1" здесь же появился уникальный суперкомпьютер "Говорун".

Новенький компьютер разместился в аккуратных шкафчиках в большом машинном зале. На его "фасадном" корпусе портрет академика Николая Говоруна, одного из основоположников использования компьютерной математики в ядерной физике.

- По существующим оценкам, к 2025 году потребность ученых в вычислительных мощностях возрастет минимум на два порядка, - сообщил на церемонии инаугурации "Говоруна" директор лаборатории информационных технологий ОИЯИ Владимир Кореньков. - Особенно они будут востребованы при изучении физики высоких энергий. Сейчас весь мир использует систему распределенных вычислений, в которой у России очень неплохие позиции. Например, у наших двух центров - здесь и в Курчатовском институте - второе место в мире по доле вычислений для нужд Большого адронного коллайдра в ЦЕРНе. Теперь же наши вычислительные мощности возросли еще больше.

Основное предназначение "Говоруна" - помочь ученым при проведении экспериментов на строящемся ускорители NICA. Но, кроме этого, ему же предстоит работать для нужд всех исследователей ОИЯИ. Архитектура нового суперкомпьютера позволяет одновременно решать самые разные задачи, оптимально загружая его блоки.

Заместитель министра образования и науки России, академик РАН Георгий Трубников отметил, что небывалые мощности "Говоруна" позволят ему не только справляться со всеми задачами дубнинских физиков, но выполнять расчеты для партнеров по научным исследованиям.

О чем расскажет "говорун"

И, тем не менее, основное предназначение "Говоруна" - будущий ускоритель NICA.

- Как бы хорошо ни работали всемирные сети распределенной обработки научных данных, считать на домашней машине намного удобнее и чуть быстрее, чем посылать огромные массивы данных на обработку кому-то еще, - объясняет ученый секретарь лаборатории информационных технологий ОИЯИ Дмитрий Подгайный. - Все под твоим контролем, надо машину перезагрузить - взял и перезагрузил. Если же проблемы начнутся на чужом компьютере, он может выти из строя на любое непредсказуемое время, работа замедлится… А тут от лаборатории высоких энергий до "Говоруна" - всего семь километров по прямой. Кабель уже протянут. Только отгружай задачи.

Планируется, что "Говорун" будет одновременно обсчитывать полученные экспериментальные данные и помогать теоретикам строить модели будущих исследований.

- Как в идеале строится работа: сначала на компьютере просчитывается все, что надо потом получить на практике, - говорит директор Лаборатории физики высоких энергий ОИЯИ профессор Владимир Казаков. - Затем предположения ученых сравниваются с данными, полученными на детекторе экспериментальной установки. Если они оказались тождественными, теоретическая модель считается подтвержденной. Если нет, надо смотреть, что за расхождения и почему они возникли. Это все тоже работа для "Говоруна".

Как шутят дубнинские ученые, что бы ни рассчитали теоретики, после эксперимента будет открыто что-то совершенно противоположенное. Поскольку исследования NICA будут происходить в кварк-глюонной плазме - то есть среде, состоящей из частиц протонов, вылетевших из ядер атомов, - то ни один результат эксперимента даже под самым мощным микроскопом рассмотреть будет невозможно. Только просчитать исходя из показаний детекторов ускорителя. То есть каждый запуск установки будут рождать огромное количество собранных данных и, соответственно, еще больше громоздких вычислений. Все это доверят "Говоруну" и только он сможет разобраться, что именно произошло.

Что надеются с помощью "Говоруна" открыть на NICA дубнинские ученые? Прогнозы очень осторожные.

- По сути, мы будем проверять фундаментальную теорию физики, - заявил Дмитрий Подгайный. - Кварк-глюонную плазму до сих пор никто не открыл и не проводил с ней экспериментов. То есть какие-то энергии удавалось зарегистрировать, но подробно изучить это состояние материи, которое теоретически должно быть, еще никому не удавалось. А мы этим займемся. Что будет дальше? Посмотрим. Надои молока, конечно, от наших работ не увеличатся. Но что-то интересное мы наверняка обнаружим.

Охладят горячей водой

Сам по себе "Говорун" - уникальный компьютер, собранный специалистами компании "РСК". В нем использованы 72-ядерные процессоры Intel Phi 7290 и Intel Xeon Scalable, вычислительные узлы NVIDIA DGX-1 и многие другие передовые узлы и устройства. Управляет всей этой мощью программное обеспечение на базе "РСК БазИС". Теоретическая пиковая производительность "Говоруна" оценивается в 1 петафлопс в одинарной точности и в 500 терафлопс в двойной. Петафлопс - единица измерения вычислительной мощности суперкомпьютеров, она равна 1 тысяче триллионов операций в секунду. Именно такие возможности позволят выполнить массивно-параллельные расчеты в решетчатой квантовой хромодинамике и перевести показатели датчиков NICA в понятный ученым вид.

- Объемы математических вычислений в исследованиях кварк-глионной плазмы огромны, при этом надо обсчитывать их результаты в разумно короткое время, - поясняет Дмитрий Подгайный. - Если срок определения данных превысит срок человеческой жизни, то вся эта работа может оказаться бесполезной. Но с такой мощной машиной мы, конечно, управимся намного быстрее.

Еще одно необычное решение, использованное в новой вычислительной машине ОИЯИ, - охлаждение горячей водой. Как известно, огромная проблема больших компьютеров - удаление выделяемого при работе тепла. Здесь же применен принципиально новый типа радиаторов. По расчетам, "Говоруну" на это требуется всего 6 процентов энергии, которую он использует для проведения вычислений. Это рекордно низкий показатель. Впрочем, первые замеры показали, что реальный расход на терморегуляцию устройства еще ниже почти в два раза.

В Курчатовском центре идут на рекорд

Специалисты Национального исследовательского центра "Курчатовскмй институт", который отмечает в этом году свое 75-летие, заявили о намерении построить у себя мощный синхротрон последнего поколения с рекордными характеристиками. Такие мега-установки нужны ученым, чтобы пробраться в структуру вещества и глубже понять, как все устроено.

"Это уникальная машина, равных которой еще много лет не будет, - объявил президент НИЦ КИ Михаил Ковальчук. - Будем ее строить вместе с Европой. Мы уже подписали соответствующие документы. Наши партнеры кровно заинтересованы в том, чтобы это происходило вместе".

Курчатовский центр, как и Объединенный институт ядерных исследований в Дубне, обладает мощнейшими вычислительными ресурсами. Дальнейшее развитие суперкомпьютеров и экспериментальной базы двух ведущих научных площадок России позволит совершать открытия, которые со временем изменят жизнь не только страны, но и мира.