Cуперкомпьютерный комплекс на базе архитектуры
С водяным охлаждением. Cуперкомпьютерный комплекс на базе архитектуры "РСК Торнадо", развернутый в лаборатории I-SCALARE при МФТИ.

Intel и Московский физико-технический институт (МФТИ) подвели итоги работы лаборатории суперкомпьютерных технологий для биомедицины, фармакологии и малоразмерных структур I-SCALARE (Intel Super Computer Applications Laboratory for Advanced Research) за три года. Лаборатория была создана в МФТИ на средства гранта Министерства образования и науки РФ. Руководит ею Владимир Пентковский, заслуженный исследователь Intel. Для проведения исследований используется суперкомпьютер на базе процессоров Intel Xeon E5-2690, разработанный и установленный специалистами группы компаний РСК. Этот вычислительный кластер построен из стандартных узлов, но основу архитектуры «РСК Торнадо» составляет двухконтурная система жидкостного охлаждения, отводящая выделяемое мощными процессорами тепло с помощью металлических пластин специальной конструкции и циркулирующей в стойках дисцилированной воды. Такая система охлаждения позволила добиться высоких показателей энергоэффективности (PUE – менее 1,2) и снизить эксплуатационные расходы.

Пиковая производительность суперкомпьютера составляет 83,14 терафлопс при занимаемой площади менее чем 4 кв.м. Кластер состоит из двух вычислительных стоек, содержащих в 224 вычислительных узла на базе серверных плат Intel S2600JF (всего 448 процессоров, 3584 ядра, 14,3 Тбайт ОЗУ). Коммуникационная сеть построена на базе интерфейса Infiniband QDR. В качестве СХД используются SSD.

Разработчики уже трижды модернизировали кластер, причем на каждом этапе архитектура будущей вычислительной системы моделировалась на том же суперкомпьютере, что позволяло оптимизировать конфигурацию аппаратной платформы и ПО молекулярной динамики, выбирать наилучшую топологию интерконнекта в многоузловой системе, предсказывать быстродействие пользовательских приложений и исследовать границы роста производительности в будущих системах, моделировать применение аппаратных ускорителей. Специалисты лаборатории успешно проводят моделирование систем, в 10 раз превышающих мощность установленного кластера, используя инструментарий Wind River Simics, Intel VTune Amplifier, а также технологии, разработанные в лаборатории.

Основным направлением деятельности лаборатории является разработка проблемно-ориентированных вычислительных архитектур для задач биомедицины, фармакологии и малоразмерных структур. На кластере решаются задачи, связанные с моделированием вирусов, клеточных мембран, а также взаимодействия белков и внешних полей с клеточными мембранами. Они требуют новых подходов к архитектуре кластеров.

Одна из задачи биомедицины – моделирование оболочки флавивирусов (возбудителей лихорадок Денге и Западного Нила, клещевого энцефалита) и перестройки белка при проникновении вируса в клетку для создания блокирующих молекул. С помощью кластера изучен механизм ингибирования, идентифицированы потенциальные ингибиторы слияния. Исследование молекулярной динамики NMDA-рецепторов помогает в поиске потенциальных средств против развития болезни Альцгеймера, Паркинсона и других нейро-дегенеративных возрастных заболеваний. Благодаря возможностям кластера изучен механизм действия модуляторов рецепторов, разработана процедура направленного поиска нейропротекторов, предложены перспективные вещества для биологических испытаний. Эти работы ведутся совместно с медиками профильных НИИ.

Лаборатория I-SCALARE осуществляет не только научную, но и учебную деятельность. Ее сотрудниками был разработан учебный курс по использованию симуляторов для моделирования различных вычислительных систем, регулярно проводятся научные семинары.