Інтелектуальний персональний суперкомп’ютер гібридної архітектури для задач науки та інженерії
Saved in:
| Published in: | Вісник НАН України |
|---|---|
| Date: | 2016 |
| Main Author: | |
| Format: | Article |
| Language: | Ukrainian |
| Published: |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
2016
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/104821 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Інтелектуальний персональний суперкомп’ютер гібридної архітектури для задач науки та інженерії / О.М. Хіміч // Вісник Національної академії наук України. — 2016. — № 5. — C. 83-86. — укр. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859479241067855872 |
|---|---|
| author | Хіміч, О.М. |
| author_facet | Хіміч, О.М. |
| citation_txt | Інтелектуальний персональний суперкомп’ютер гібридної архітектури для задач науки та інженерії / О.М. Хіміч // Вісник Національної академії наук України. — 2016. — № 5. — C. 83-86. — укр. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Вісник НАН України |
| first_indexed | 2025-11-24T12:03:14Z |
| format | Article |
| fulltext |
ISSN 1027-3239. Вісн. НАН України, 2016, № 5 83
ІНТЕЛЕКТУАЛЬНИЙ
ПЕРСОНАЛЬНИЙ СУПЕРКОМП’ЮТЕР
ГІБРИДНОЇ АРХІТЕКТУРИ ДЛЯ
ЗАДАЧ НАУКИ ТА ІНЖЕНЕРІЇ
В Україні створено інфраструктуру високопродуктивних об-
числень (HPC — high performance computing) на базі ресурс-
них центрів, основу якої становить суперкомп’ютер Інституту
кібернетики ім. В.М. Глушкова — СКІТ. Завдяки зусиллям Ін-
ституту теоретичної фізики ім. М.М. Боголюбова такі центри
були поєднані в грід-мережу — Український національний грід
(УНГ), що забезпечує широкому колу академічних інститутів
та інших організацій доступ до необхідного обчислювального
ресурсу для математичного моделювання процесів і явищ у різ-
них галузях науки та інженерії. Доступ до суперресурсу, при-
чому без прив’язки до його географічного місцезнаходження,
забезпечується також за допомогою хмарних технологій.
З архітектурної точки зору один із перспективних напрямів
розвитку високопродуктивних обчислень лежить у площині за-
стосування гібридних систем, які складаються з множини бага-
тоядерних процесорів із сучасними графічними процесорами.
У рамках цього напряму Інститут кібернетики ім. В.М. Глуш-
кова НАН України спільно з ДНВП «Електронмаш» розроби-
ли концепцію та створили експериментальний зразок інтелек-
туального персонального суперкомп’ютера гібридної архітек-
тури Інпарком_pg, тобто комп’ютера паралельної архітектури з
багатоядерними процесорами та графічними прискорювачами
для розв’язування науково-технічних задач.
Інпарком_pg — це знаннєорієнтований комп’ютер, у якому в
процесі розв’язання інженерних і наукових задач здобувають-
ся знання про властивості комп’ютерної моделі та відповідно
до цих властивостей автоматично будується алгоритм, програ-
ма і формується топологія гібридного комп’ютера, а по закін-
ченні процесу обчислень оцінюється достовірність отриманих
результатів.
ХІМІЧ
Олександр Миколайович —
член-кореспондент НАН України,
завідувач відділу чисельних
методів та комп’ютерного
моделювання Інституту
кібернетики ім. В.М. Глушкова
НАН України
84 ISSN 1027-3239. Visn. Nac. Acad. Nauk Ukr. 2016. (5)
ЗАГАЛЬНІ ЗБОРИ НАН УКРАЇНИ
Ця розробка є розвитком ідеології сімейства
інтелектуальних комп’ютерів Інпарком, ство-
рених в Інституті кібернетики ім. В.М. Глуш-
кова спільно з ДНВП «Електронмаш» у 2005—
2012 рр., у напрямі ущільнення обчислень за-
вдяки використанню новітніх високопродук-
тивних графічних прискорювачів та сучасних
чисельних методів і технологій обробки та
зберігання значних обсягів інформації, а також
віртуалізації прикладного програмного забез-
печення.
Інтелектуальний персональний супер ком-
п’ю тер Інпарком_pg реалізує високопродук-
тивні обчислення (від 3 трлн операцій в секун-
ду з плаваючою крапкою на подвійній розряд-
ності до 9 трлн операцій в секунду на одинар-
ній розрядності) у форматі персонального
ком п’ютера, займаючи нішу між супер ком п’ю-
терами та сучасними персональними ком п’ю-
терами.
У багатьох випадках персональний супер-
ком п’ютер можна використовувати для підго-
товки паралельних (гібридних) програм для
суперкомп’ютерів. Технічні характеристики
Інпарком_pg адаптовано до розв’язання задач
науки та інженерії: він оснащений двома но-
вітніми графічними процесорами Tеsla Kepler
K40 з піковою швидкодією 1,66 Тфлопс кож-
ний, швидкісними SSD-дисками, має 48 Гбайт
оперативної пам’яті і 12 Гбайт глобальної
пам’яті графічних процесорів. Отже, технічні
характеристики експериментального зразка
Інпарком_pg перевищують швидкодію чоти-
риядерного персонального комп’ютера при-
близно в 100 разів на подвійній розрядності.
Інакше кажучи, час розв’язання прикладної за-
дачі середньої складності скорочується з п’яти
діб до однієї години.
Інтелектуальні комп’ютери порівняно з тра-
диційними мають такі відмінності:
• дослідження математичних властивостей
задач і на основі цих досліджень автоматична
побудова алгоритму та програми паралельних
обчислень;
• побудова ефективної топології з проце-
сорів MIMD і SIMD архітектури гібридного
комп’ютера, вибір необхідної їх кількості;
• розв’язання задач з наближеними даними;
Перспективні сфери застосування інтелектуального персонального суперкомп’ютера Інпарком_pg: для матема-
тичного моделювання процесів у машинобудуванні, ядерній енергетиці, авіа- та суднобудуванні, оборонній галу-
зі, промисловому та цивільному будівництві, в галузі електрозварювання, для економічних розрахунків
ISSN 1027-3239. Вісн. НАН України, 2016, № 5 85
ЗАГАЛЬНІ ЗБОРИ НАН УКРАЇНИ
• оцінка достовірності комп’ютерних ре-
зультатів.
Інакше кажучи, інтелектуальні комп’ютери,
на відміну від традиційних, реалізують інно-
ваційну функцію автоматичного адаптивного
налаштування алгоритму, програми та архі-
тектури комп’ютера на властивості задачі. При
цьому враховується наближений характер ви-
хідних даних і досліджується достовірність
комп’ютерних розв’язків.
Інпарком_pg орієнтований переважно на
індивідуальне використання, чим підіймає на
новий, суттєво вищий щабель ресурс персо-
нального комп’ютингу для науково-технічних
розрахунків. При цьому Інпарком оснащений
інтерфейсом для функціонування в мереже-
вому грід-середовищі, має інтелектуальний
веб-інтерфейс для розв’язання розрахункових
задач у режимі віддаленого доступу в інтернет-
середовищі.
Серед головних переваг інтелектуального
гібридного персонального суперкомп’ютера
Інпарком_pg слід відзначити такі:
• звільнення користувачів від роботи з до-
слідження задач, створення паралельних ал-
горитмів і програм, що істотно скорочує час
постановки і розв’язування задач науки та ін-
женерії;
• отримання комп’ютерного розв’язку зада-
чі з оцінкою його достовірності, а також влас-
тивостей комп’ютерної задачі з наближеними
даними;
• реалізація принципу прихованого парале-
лізму, що забезпечує такий режим роботи ко-
ристувача на паралельному комп’ютері, як і на
комп’ютері з послідовною організацією обчис-
лень.
Крім того, завдяки новітнім графічним при-
скорювачам використання Інпарком_pg дає
змогу зменшити габарити комп’ютера до фор-
мату персонального і забезпечити порівняно
невисокі енерговитрати.
Основні принципи створення Інпарком_pg
полягають в автоматизації процесу адаптивно-
го підходу до побудови ефективної топології
гібридного комп’ютера на основі ком п’ю тер-
них методів дослідження математичних влас-
тивостей машинних моделей задач та забезпе-
чення вимог до точності обчислень (програмно
або апаратно) відповідно до властивостей ком-
п’ю терної моделі задачі на основі багатороз-
рядної арифметики, отримання ком п’ю тер но го
результату з оцінкою достовірності. Ущільне-
ність обчислень досягається використанням
нових оригінальних гібридних методів оброб-
ки розріджених структур даних, адаптованих
до новітніх зразків графічних прискорювачів
Tesla Kepler та архітектури Інпарком_pg, і
останніх версій програмного забезпечення
CUDA, а також завдяки застосуванню хмар-
них технологій. Крім того, віртуалізація при-
кладних програм дає змогу забезпечити бага-
тоопераційність, системний моніторинг і під-
тримку грід-інфраструктури.
Основою програмно-технічного комплексу є
алгоритмічне та інтелектуальне чисельне про-
грамне забезпечення для розв’язання базових
задач обчислювальної математики з наближе-
но заданими даними, в тому числі обробки роз-
ріджених структур даних на основі структур-
ної регуляризації. Основними концептуаль-
ними засадами інтелектуального програмного
забезпечення є:
• дослідження і розв’язання задач з набли-
женими даними;
• автоматизація процесу дослідження та
роз в’язання задачі;
• оцінка достовірності комп’ютерного роз-
в’язку;
• реалізація принципу прихованого парале-
лізму;
• інтелектуальний інтерфейс користувача.
Інтелектуальний гібридний персональний
суперкомп’ютер Інпарком_pg має широкий
спектр можливих сфер застосування. Це, на-
приклад, машинобудування, ядерна енергети-
ка, авіа- та суднобудування, оборонна галузь,
промислове та цивільне будівництво, електро-
зварювання, економіка тощо.
На основі гібридних обчислень створено
прикладні програмні комплекси:
• Ліра_g — для математичного моделюван-
ня процесів та аналізу міцності будівельних
об’єктів (спільно з ТОВ Ліра САПР);
86 ISSN 1027-3239. Visn. Nac. Acad. Nauk Ukr. 2016. (5)
ЗАГАЛЬНІ ЗБОРИ НАН УКРАЇНИ
• Надра_g — для математичного моделю-
вання процесів масопереносу, зокрема для мо-
делювання процесу фільтрації в багатокомпо-
нентних геологічних середовищах;
• Weld-Predictions_g — для математично-
го моделювання напружено-деформованого
стану зварних конструкцій, зокрема процесів
в’язкого руйнування товстостінних елемен-
тів трубопроводів з дефектами стоншення
(спільно з Інститутом електрозварювання
ім. Є.О. Патона).
Отже, застосування Інпарком_pg дозволяє
істотно скоротити час математичного моделю-
вання і відповідно заощадити кошти на про-
ведення дорогих натурних експериментів, що
підносить персональний комп’ютинг на значно
вищий рівень.
Завдяки відносно невисокій вартості, ма-
лим габаритам та низькому енергоспоживан-
ню цей апаратно-програмний комплекс орі-
єнтований на локальне використання (поза
комп’ютерними мережами), що є актуальним
для кінцевих користувачів, наприклад для ав-
томатизації проектування в галузі оборони та
будівництва, забезпечуючи конфіденційність
розрахунків.
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-104821 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0372-6436 |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2025-11-24T12:03:14Z |
| publishDate | 2016 |
| publisher | Видавничий дім "Академперіодика" НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Хіміч, О.М. 2016-07-19T17:33:07Z 2016-07-19T17:33:07Z 2016 Інтелектуальний персональний суперкомп’ютер гібридної архітектури для задач науки та інженерії / О.М. Хіміч // Вісник Національної академії наук України. — 2016. — № 5. — C. 83-86. — укр. 0372-6436 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/104821 uk Видавничий дім "Академперіодика" НАН України Вісник НАН України Загальні збори НАН України Інтелектуальний персональний суперкомп’ютер гібридної архітектури для задач науки та інженерії Article published earlier |
| spellingShingle | Інтелектуальний персональний суперкомп’ютер гібридної архітектури для задач науки та інженерії Хіміч, О.М. Загальні збори НАН України |
| title | Інтелектуальний персональний суперкомп’ютер гібридної архітектури для задач науки та інженерії |
| title_full | Інтелектуальний персональний суперкомп’ютер гібридної архітектури для задач науки та інженерії |
| title_fullStr | Інтелектуальний персональний суперкомп’ютер гібридної архітектури для задач науки та інженерії |
| title_full_unstemmed | Інтелектуальний персональний суперкомп’ютер гібридної архітектури для задач науки та інженерії |
| title_short | Інтелектуальний персональний суперкомп’ютер гібридної архітектури для задач науки та інженерії |
| title_sort | інтелектуальний персональний суперкомп’ютер гібридної архітектури для задач науки та інженерії |
| topic | Загальні збори НАН України |
| topic_facet | Загальні збори НАН України |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/104821 |
| work_keys_str_mv | AT hímíčom íntelektualʹniipersonalʹniisuperkompûtergíbridnoíarhítekturidlâzadačnaukitaínženeríí |