Высокопроизводительный вычислительный кластер ВГУ

Высокопроизводительные вычислительные кластеры в последнее время получают все большее распространение и широко используются для компьютерного моделирования при решении важнейших задач в приоритетных научных направлениях. Решение ряда актуальных задач в этой области нередко не может быть проведено на традиционных последовательных компьютерах из-за слишком большого времени выполнения программ, поэтому использование компьютерных кластеров часто становится единственной возможностью получения новых научных результатов.

В 2002 г. на кафедре цифровых технологий ВГУ при поддержке гранта VZ-010 Фонда CRDF создан 20-процессорный высокопроизводительный вычислительный кластер в составе четырехпроцессорного сервера SUPERSERVER 8060 (4xCPU Pentium III Xeon, 700 MГц, 4 Гб SDRAM), четырех двухпроцессорных серверов SUPERSERVER 6010H (2xCPU Pentium-III, 1,13 ГГц, 1 Гб SDRAM), восьми рабочих станций (Pentium–4, 2,0 ГГц, 512 Mб RIMM). Пиковая производительность кластера – 28 Gflops. (Для сравнения – пиковая производительность некоторых других компьютерных кластеров: Томский государственный университет – 12 Gflops, Казанский государственный университет – 5,4 Gflops, Уральский государственный университет – 19 Gflops, Дальневосточное отделение РАН – 16,5 Gflops, Кемеровский государственный университет – 4 Gflops, Самарский научный центр РАН – 9 Gflops, Институт оптики атмосферы (Томск) – 20 Gflops, Институт астрономии РАН (Москва) – 29 Gflops, Нижегородский государственный университет – 45 Gflops, Казанский технологический университет – 12 Gflops). На кластере установлена операционная система Windows 2000. Узлы кластера первого уровня (четырех- и двухпроцессорные) связаны по протоколу Gigabit Ethernet, для связи остальных узлов реализован протокол Fast Ethernet.

Образование на базе кластера лаборатории высокопроизводительных вычислений и включение ее в ИОС создаст новую информационную среду научных исследований в Воронеже, области и регионе. Лаборатория высокопроизводительных вычислений интегрируется с лабораторией дистанционного образования ВГУ на основе высокоскоростной оптоволоконной сети доступа к их ресурсам. На их базе организован универсальный учебно–научный комплекс, в котором ведутся учебные занятия, проходят научные семинары, а также разрабатывается программное обеспечение для проведения исследований с использованием возможностей компьютерного кластера и системы удаленного доступа.

Использование компьютерного кластера для ресурсоемких вычислений основывается на применении среды параллельного программирования MPICH 1.2.5 и языков FORTRAN и C++. При разработке программ применялись как известные приемы распараллеливания алгоритмов, так и вновь созданные для обеспечения эффективной работы конкретной параллельной программы.

Использование высокопроизводительного вычислительного кластера позволило приобрести опыт создания параллельных алгоритмов и программ, необходимый для применения новых методов компьютерного моделирования в различных направлениях исследований научных школ ВГУ.

В учебном процессе кластер используется для организации практической работы в спецкурсе "Программирование для высокопроизводительных параллельных систем" для студентов 3 курса факультета компьютерных наук и в спецлаборатории для студентов 4 курса этого же факультета.

На базе кафедры цифровых технологий факультета компьютерных наук работает постоянный семинар “Высокопроизводительные параллельные вычисления на компьютерном кластере” для студентов старших курсов, аспирантов, преподавателей, сотрудников. Схема структуры кластера имеет вид:

Перечень публикаций по данному направлению участников НОЦ за 1-е полугодие 2003 г.:

• С.А.Запрягаев, С.Д.Кургалин. Высокопроизводительный вычислительный кластер в учебном процессе Воронежского госуниверситета // “Математика. Компьютер. Образование”. Тезисы / под ред. Г.Ю.Ризниченко. Десятая международная конференция, г. Пущино, 20-25 января 2003. г.- Москва-Ижевск, 2003.- С.26.
• С.А.Запрягаев, С.Д.Кургалин, А.П.Толстобров. Новые информационные технологии в учебном процессе ВГУ // “Информатика: проблемы, методология, технологии”. Материалы третьей региональной научно-методической конференции, 12-13 февраля 2003 г.- г. Воронеж.- Воронеж, изд-во Ворнежск. госуд. ун-та. – 2003. С.63-65.
• С.Д.Кургалин. Комплекс ядерно-физических программ для высокопроизводительного вычислительного кластера // “Телематика’2003”. Труды X Всероссийской научно-методической конференции, 14-17 апреля 2003 г.- С.-Петербург, изд-во СПбГИТМО. – 2003. Т.1. С.225-226.