Вычислительные мощности ГВЦ Росгидромета возрастут в тысячу раз

Одними из традиционных потребителей высокопроизводительных вычислительных комплексов являются службы, связанные с предсказанием погоды в глобальных масштабах. Мировых центров по предсказанию погоды всего три: в США, Австралии и России. В настоящее время самой современной техникой располагает центр в Вашингтоне: он оснащен RISC-компьютером IBM производительностью около 10 Тфлопс (1X10 операций с плавающей запятой в секунду). Далее следует центр в Мельбурне с RISC-компьютером SGI производительностью 60 Гфлопс (6X10 операций в секунду), а замыкает тройку ГВЦ Росгидромета (Федеральной службы России по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды, www.mecom.ru), где с 1996 г. используется морально и физически устаревший суперкомпьютер Cray-YMP производительностью 3 Гфлопс, приобретенный в свое время за 13 млн. долл. (включая стоимость установки и переоснащения зала) и обслуживающий ныне около 500 пользователей.

Cray-YMP при потреблении 750 кВт обеспечивает производительность 3 ГФлопс

Понятно, что долго терпеть более чем 3000-кратное отставание в мощностях своей гидрометеослужбы наша страна не может *1. В конце нынешнего - начале будущего года будет объявлен тендер на модернизацию ГВЦ Росгидромета. Предполагается оснастить его вычислительной техникой, обеспечивающей производительность не менее 4 Тфлопс. Директор Гидрометцентра России (Гидрометеорологического научно-исследовательского центра Российской Федерации) Роман Вильфанд считает, что именно такие мощности позволят его ведомству обеспечить достаточное по сегодняшним меркам качество прогнозов и сэкономить народному хозяйству огромные суммы *2. Ведь рост экономической эффективности гидрометеослужбы страны в немалой степени обусловлен оперативностью и точностью прогнозирования погоды и опасных гидрометеорологических явлений, что напрямую зависит от скорости и эффективности обработки информации о состоянии атмосферы, океана и вод суши. Поэтому повышение качества и достоверности информационной продукции гидрометеослужбы России даст ощутимый экономический эффект, который многократно окупит инвестиции в техническое перевооружение ГВЦ Росгидромета.

_____

*1 Интересно отметить, что в 60-х годах мы практически не отставали от американцев по мощности оборудования, установленного в прогностических центрах (см. статью “Горизонты ИТ”, PC Week/RE, № 46/2002, с. 41).

*2 Согласно статистическим данным, ежегодный экономический эффект от деятельности российских гидрометеорологических подразделений (предотвращение ущерба от стихийных бедствий плюс выгода от использования прогнозов в сельском хозяйстве, ТЭК, транспорте, строительстве и т. д.) имеет явную тенденцию к росту: от 1,5 млрд. руб. в 1996 г. до 6,6 млрд. руб. в 2002-м (в сопоставимых ценах).

Роман Вильфанд: “Инвестиции в техническое перевооружение

 ГВЦ Росгидромета окупят себя многократно!”

По мнению специалистов Росгидромета, переоснащение ГВЦ позволит:

- ускорить обработку данных наблюдений наземных, морских, авиационных и спутниковых систем;

- обрабатывать массивы цифровых данных высокого разрешения от метеорологических радаров и спутников;

- выполнять расчеты по моделям непосредственно в регионах, включая решение нового класса задач, учитывающих региональные особенности;

- проводить оценку риска возникновения опасных гидрометеорологических явлений по комплексу прогнозов;

- улучшить качественные характеристики прогностической продукции (например, оправдываемость прогнозов и штормовых предупреждений), а также наладить выпуск прогностической информации в более конкретном и адаптированном к требованиям потребителей виде;

- расширить номенклатуру прогностических продуктов, обеспечить появление дополнительных видов прогнозов, в том числе по новым прогнозируемым характеристикам, более жестким критериям оправдываемости, с повышенной заблаговременностью и др.;

- повысить оперативность подготовки и представления потребителям прогностической информации.

Четырехузловой кластер, собранный из серверов

 Intel’овской архитектуры, имеет производительность

30 Гфлопс, а его электрическая мощность - лишь 5 кВт

Нынешние мощности позволяют Росгидромету осуществлять (в масштабах земного шара) суточный прогноз в “ячейках” размером 70X70 км (при 31-м уровне высоты) с достоверностью около 95%, а также давать достаточно правдоподобные прогнозы погоды на 10 дней вперед. Часть этих прогнозов носит открытый характер. Так, на сайте http://hmc.hydromet.ru “вывешены” шестидневные прогнозы (с суточной детализацией) для 5000 городов мира, а также двухдневные прогнозы (с трехчасовой разбивкой) для городов европейской территории России.

Если же Росгидромет будет оснащен вычислительными комплексами производительностью около 4 Тфлопс, то это позволит ему предсказывать погоду на месяцы вперед и на моделях с разрешением до 40 км.

Суперкомпьютер Cray подобной производительности стоит сейчас около 20 млн. долл. Однако не секрет, что с 1999 г. на рынок супервычислений все активнее проникают Intel-кластеры (т. е. высокопроизводительные кластеры, построенные из серверов Intel’овской архитектуры), стоимость которых (при сопоставимой производительности) почти на порядок ниже стоимости многопроцессорных машин с RISC-архитектурой. Именно этим объясняется, что уже в ноябре прошлого года, по данным рейтинга Top 500 (www.top500.org/lists), из 500 самых мощных машин мира 56 базируются на архитектуре Intel, занимая в этом рейтинге различные места от пятого (Lawrence Livermore National Laboratory) до 461-го (University of Notre Dame) включительно. Для сравнения: в 1999 г. систем Intel’овской архитектуры в этом рейтинге было всего три! Согласно оценкам аналитической компании Aberdeen Group, кластерные системы на базе процессоров Intel уже в ближайшие три года займут как минимум 80% рынка высокопроизводительных вычислительных систем.

Однако одно дело - теоретическая производительность (т. е. производительность, достигнутая на тестовых задачах) и совсем другое - производительность реальная, т. е. достигнутая при распараллеливании алгоритмов решения конкретных задач, написанных на вполне определенных алгоритмических языках. Стремясь (в преддверии тендера) оценить возможности Intel-кластеров, ГВЦ Росгидромета установил у себя экспериментальный кластер производительностью около 30 Гфлопс, содержащий четыре узла, каждый из которых может включать до четырех процессоров Intel Itanium 2.

Многомесячные испытания данного кластера, работающего под управлением ОС Red Hat Enterprise Linux 2.1, оказались исключительно успешными. По словам заместителя директора ГВЦ Росгидромета Виктора Жупанова, перенос на Intel’овскую архитектуру отечественного гидрометеорологического ПО (оно написано на Фортране) не вызвал никаких проблем (благо у Intel есть собственные компиляторы фортрановских программ, позволяющие осуществить эффективное распараллеливание алгоритмов). Результаты же скоростных сравнений впечатляют: например, модель, расчет которой на ЭВМ Cray-YMP требовал 40 мин, была “проиграна” на сервере, cобранном всего из двух процессоров Itanium 2, всего за 8 мин!

По мнению г-на Жупанова, заветной производительности в 4 Тфлопс может достичь 512-узловой кластер, cобранный с использованием узлов, изготовленных с применением двух процессоров Itanium 2 (он по ряду причин более практичен, чем 256-узловой кластер, собранный из четырехпроцессорных серверов). Г-н Жупанов считает, что по цене такой кластер может оказаться раз в пять меньше, чем аналогичная по производительности машина Cray.

В то же время директор ГВЦ Росгидромета Владимир Анцыпович утверждает, что при объявлении тендера на переоснащение ГВЦ никаких ограничений на архитектуру конкурсных машин накладываться не будет. Он также отметил, что при сравнении вариантов модернизации ГВЦ будет приниматься во внимание не только производительность предлагаемых систем, но и их экономичность. Дело в том, что сумма месячного счета за электроэнергию, “съеденную” используемой ныне восьмивекторной системой Cray-YMP (ее мощность - 750 кВт), сопоставима с месячной зарплатой всех сотрудников ГВЦ! А ведь цены на электричество постоянно повышаются... Для сравнения: мощность экспериментального кластера, о котором говорилось выше, всего 5 кВт.

Перспективы

В 2005 г. появятся вычислительные комплексы производительностью 10 флопс. Они позволят прогнозировать погоду с точностью до часа и километра.

Кристиан Моралес, вице-президент корпорации Intel, генеральный управляющий бизнесом Intel в странах Европы, Ближнего Востока и Африки