Игра на чужом поле

Автор: Андрей Письменный
Опубликовано: 04 декабря 2006 года
Источник: "Компьютерра"

Вычислительная динамика жидкости - это область науки, в которой невозможно обойтись без суперкомпьютеров. Чтобы хотя бы приблизительно смоделировать взаимодействие жидкости или газа со сложными поверхностями, придётся произвести миллионы вычислений.

Британский Королевский университет в Белфасте давно занимается такими исследованиями. Полтора десятка лет назад для вычислений использовался суперкомпьютер Cray Y-MP EL (между прочим, первый в Ирландии). Потом университет приобрёл IBM SP. Когда появились Itanium 2, белфастские исследователи построили первый в Европе кластер на основе этих процессоров.

Последним приобретением Королевского университета стал кластер на базе Microsoft Compute Cluster Server 2003. Не самое предсказуемое решение, ведь мейнстримом высокопроизводительных систем были и остаются не продукты Microsoft, а проверенные временем системы на базе Unix.

Microsoft Compute Cluster Server (WCCS) 2003 - это надстройка над специальной версией Microsoft Windows Server 2003, позволяющая распределять задачи для исполнения на кластерной системе. Главное достоинство WCCS заключается не только в простоте управления системой, но и в том, что кластер, построенный на основе технологии от Microsoft может использовать существующую инфраструктуру на основе Windows-ориентированных продуктов и других решений от Microsoft: Active Directory, Microsoft Operations Manager, да и просто клиентские компьютеры с установленной Windows.

Программисты, использующие в своей работе Visual Studio, имеют возможность и дальше пользоваться привычными инструментами. Отладка, к примеру, осуществляется при помощи деббагера, входящего в Visual Studio. Облегчить жизнь может и использование высокоуровневых языков на основе .Net.

И надо понимать, что Windows остаётся Windows даже в кластерном варианте. Подаваляющее большинство пользователей способны справиться с Windows, но пасуют перед командной строкой. Именно это стало основной причиной, по которой в Королевском университете в Белфасте выбрали Windows Compute Cluster Server.

"Мы пытаемся расширить сферу использования высокопроизводительных вычислений и сделать её доступной для групп пользователей, которые лишены глубокого знания Unix или Linux, которые обыкновенно связаны с высокопроизводительными системами", - объясняет проректор университета Кен Белл.

Внедрение WCCS началось в январе 2006 года. Систему установили на кластер из восьми узлов, где каждый узел - это сервер HP ProLiant DL140 с четырьмя гигабайтами памяти. Кластер делит сеть хранения данных с университетским кластером на базе Linux.

В университете надеются, что несмотря на то, что Windows, в отличие от Linux, стоит денег, в конечном счёте, добавление новых узлов в кластер будет обходиться дешевле. Цены на лицензию Windows Compute Cluster Server варьируются в зависимости от необходимого размера кластера. Подсчёт происходит по количеству узлов - отдельных блоков суперкомпьютера. Каждый узел может быть оснащён разным количеством процессоров. Есть также разные типы лицензий. Цена на академическую лицензию составляет порядка 60 долларов США за каждый узел. Соответственно, использование системы может оказаться выгодным даже на небольших кластерах всего из нескольких модулей.

На кластер установили распределённую версию MATLAB, программу CFX, необходимую для моделирования динамики жидкости, и ещё несколько приложений для финансового моделирования, анализа и визуализации данных. Решение позволяет использовать стандартные инженерные и графические приложения для Unix, обращась к ним из привычного неподготовленным пользователям интерфейса Windows.

Теперь кластер используют не только для обсчёта моделей динамики жидкости, но и для более широкого круга задач. В качестве примера группы пользователей, которым раньше использовать высокопроизводительные вычисления было трудно, в университете называют врачей. Теперь они используют кластер на базе WCCS для анализа снимков цитологических мазков и множественно-тканных парафиновых блоков.

Простота установки

Первым делом следует определяется, какой компьютер будет выступать в качестве основного узла. На него устанавливается Windows Server 2003 Compute Cluster Edition.

В случае, если предполагается использовать автоматизированный метод установки, следует создать на его жёстком диске дополнительный раздел и поместить туда образы установочных дисков.

После этого рекомендуется подключить основной узел к домену Active Directory или, на крайний случай, поручить управление кластерным доменом тому же компьютеру.

Далее остаётся только установить на основной узел Windows Compute Cluster Pack, сконфигурировать сеть и брандмауэр, в случае использования удалённого установщика включить соответствующую службу.

Список внедрений WCCS 2003 насчитывает уже не один вычислительный центр. В пример можно привести американскую организацию Northrop Grumman Corporation, использующую WCCS для расчётов связанных с аэрокосмическими разработками. В случае Northrop Grumman выбор пал на WCCS из-за возможности интеграции с другим ПО Microsoft.

В Корнелльском университете на базе WCCS построили систему, позволяющую учёным быстро решать типовые задачи. Один набор программ позволяет подбирать трёхмерную модель белка, используя информацию о последовательности аминокислот, другой предназначен для изучения молекулярной динамики и физических свойств белков. База данных PathogenTracker содержит данные о различных бактериях, распространяющихся через пищу и помогает биологам и фармацевтам из различных научных центров обмениваться результатами исследований. Работать с базой можно через специальный веб-интерфейс.

PathogenTracker написан на VisualBasic.NET и использует Microsoft SQL Server. Веб-интерфейс построен на базе ASP.NET. В 2001 году, когда был запущен кластер, в качестве операционной системы выступал Windows NT, а недавно систему перевели на WCCS 2003. К кластеру имеют доступ не только учёные не только корнельского университета но и ещё из двух центров - всего около сорока исследовательских групп.

В России первый кластер на основе Windows Compute Cluster Server 2003 строится в Томском государственном университете. Предназначен он для обработки геологических данных с целью обнаружения нефтегазовых месторождений. После окончания строительства кластер СКИФ Cyberia станет самым мощным суперкомпьютерным комплексом в России и странах СНГ. 283 узла будут содержать 566 двухъядерных процессора Intel Xeon 5150 с поддержкой Intel 64 Technology. Пиковая производительность системы составит около 12 терафлопс.

По словам специалистов из "Т-Платформ", принимающих участие в построении кластера, у СКИФ Cyberia есть ещё несколько кардинальных отличий от предыдущих созданных ими суперкомпьютеров. К примеру, здесь впервые применена новая технология высокопроизводительного соединения между вычислительными узлами ("интерконнекта") - QLogic InfiniPath. Его характеристики на данный момент наилучшие среди доступных технологий межузловых соединений для кластеров.

Томский суперкомпьютер будет использовать систему хранения данных с параллельной файловой архитектурой T-Platforms ReadyStorage ActiveScale Cluster. Это решение разработано специально для кластеров и обладает рядом важных преимуществ - например, очень высокой пропускной способностью.

Ещё однин важный момент - одновременная установка сразу двух операционных систем. Помимо Compute Cluster Server 2003 на СКИФ Cyberia будет использоваться и Linux - куда более традиционная ОС для кластеров, для которой уже написано множество специализированных приложений.

Пока Windows Compute Cluster Server только начинает распространяться. Согласно последнему выпуску списка пятисот самых мощных суперкомпьютеров мира, доля Windows среди высокопроизводительных систем не превышает процента. Windows установлен лишь на двух «топовых» суперкомпьютерах, причём на одном из них - Windows 2003 Server. Зато вторым в Microsoft могут гордиться - это кластер NCSA, американского Национального суперкомпьютерного центра. По мнению заведующего сектором суперкомпьютерных и массово-параллельных приложений вычислительного центра РАН Владимира Николаевича Коньшина, отсутствие необходимости в высококвалифицированных специалистах по Unix для работы с Windows Compute Cluster Server, рано или поздно приведёт к распространению WCCS. Единственное условие -вложение средств со стороны Microsoft.Оказание квалифицированной технической поддержки и проведение специализированных семинаров могут сыграть решающую роль. Что до поставщиков программного обеспечения, то те вполне способны перейти на Windows и портировать свои продукты. Уже сейчас лидирующие поставщики кластерного ПО (например, Schlumberger, MathWorks, Fluent) представили версии своих продуктов для WCCS.

Это значит, что следующий Top500 может показать уже несколько другие результаты. К тому же, если WCCS в силу простоты установки и поддержки станет популярной системой для небольших кластеров, общая его доля может возрасти независимо от количества «топовых» суперкомпьютеров с Windows. По мнению Конышина, системы от Microsoft вполне способны занять видное и даже лидирующее место в сфере высокопроизводительных вычислений.