Лаборатория суперкомпьютерных технологий для биомедицины, фармакологии и малоразмерных структур I-SCALARE (Intel super computer applications laboratory for advanced research), созданная в рамках гранта Правительства России на базе Московского физико-технического института (МФТИ), на специальной пресс-конференции 13 октября подвела итоги первого этапа своей работы. Проект реализуется при участии сотрудников МФТИ и корпорации Intel, а группа компаний РСК* разработала и установила пилотную систему, которая стала основой инновационного вычислительного кластера, используемого для проведения исследований в рамках работы лаборатории.
В 2010 г. сотрудник корпорации Intel Владимир Пентковский совместно с учеными МФТИ представил на конкурс, объявленный Министерством образования и науки РФ в рамках выполнения постановления правительства России N220, программу по исследованию и разработке программно-аппаратных архитектур, которые были бы максимально эффективны при решении сложных задач биоинформатики и фармакологии, требущих больших вычислительных ресурсов. Владимир Пентковский, известный разработчик программно-аппаратных архитектур, заслуженный исследователь Intel, обладает большим опытом создания научных коллективов в России, США и Индии. Он владеет 40 международными патентами, что подтверждает его высокий авторитет. Проект доктора Пентковского, выступившего руководителем проектной команды, вошел в число 40 победителей и получил грант в размере 150 млн. руб. на создание лаборатории в МФТИ и проведение исследований по предложенному им проекту. Всего на конкурс было подано более 500 заявок.
Корпорация Intel на протяжении продолжительного времени активно сотрудничает с российскими вузами в сфере научных исследований, внедрения новых учебных программ, формирования экосистемы инноваций через кооперацию высших учебных заведений и индустрии. Intel является базовой организаций для факультета радиотехники и кибернетики МФТИ, поэтому совместный проект с выделенным государственным финансированием стал логическим развитием этого сотрудничества.
Основные результаты, достигнутые сотрудниками лаборатории на начальном этапе ее деятельности, и дальнейшие перспективы развития были представлены в рамках пресс-конференции, проведенной в МФТИ при участии корпорации Intel и группы компаний РСК. С приветственным словом выступил ректор МФТИ Николай Кудрявцев. Он отметил безусловную важность и актуальность программы, реализуемой лабораторией I-SCALARE и подчеркнул важность возвращения вещуих ученых в Россию и их работу в учебных институтах. Владимир Пентковский, научный руководитель лаборатории, представил основные направления ее деятельности. Главным из них является разработка проблемно-ориентированных архитектур вычислительных систем для задач биомедицины, фармакологии и малоразмерных структур. В качестве <целевых> были выбраны несколько прикладных вычислительных задач, связанных с моделированием вирусов, клеточных мембран, а также взаимодействия белков и внешних полей с клеточными мембранами. Все они, с одной стороны, имеют большую практическую ценность, а с другой - не могут быть решены на имеющихся вычислительных ресурсах и требуют новых подходов к архитектуре кластеров.
<Наш проект уникален: мы одновременно создаем суперкомпьютер - инструмент для решения наших задач - и с его помощью решаем эти задачи, - сказал Владимир Пентковский, научный руководитель лаборатории I-SCALARE, доктор технических наук, заслуженный исследователь корпорации Intel. - Получаемые результаты доказывают правильность такого подхода. Используя математическое моделирование при проектировании суперкластера, мы можем точно прогнозировать архитектуру системы и максимально эффективно использовать ресурсы. Своей деятельностью мы стремимся доказать, что переход от сырьевой экономики к экономике знаний в России не только желаем, но и возможен. Таланты российских разработчиков, которые мы сумели привлечь, дали прекрасные плоды и вселяют надежду на успешное будущее>.
Руководитель исследовательской группы Института биоорганической химии Роман Ефремов рассказал о работе над моделированием взаимодействия белков с клеточными мембранами. В сотрудничестве с I-SCALARE ученые Института биоорганической химии проводят исследование взаимодействия ряда природных антибиотиков (лантибиотиков) с определенными видами клеточных мембран, что позволит выявить тонкие механизмы действия лантибиотиков и разработать подход к компьтерному конструированию нового класса молекул с заданным спектром антибактериальной активности.
Дмитрий Осолодкин (исследовательская группа химического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова) представил задачу, решаемую под руководством академика Н.С. Зефирова и ведущего научного сотрудника В.А. Палюлина совместно с I-SCALARE: моделирование структуры и молекулярной динамики опасных для человека вирусов типа Flavivirus (например, вируса лихорадки Денге) и процессов их взаимодействия с клетками организма. Изучение этих сложных молекулярных явлений позволит помочь в создании лекарств для лечения опасных вирусных заболеваний - клещевого энцефалита, лихорадки Денге, лихорадки Западного Нила, желтой лихорадки и т.д.
В проектной группе под руководством Максима Деминского (КИНТЕХ Лаб) разрабатывается интегрированная модель взаимодействия электромагнитного излучения с клеточными тканями для описания процессов образования пор и транспорта через них молекулярных веществ и наноструктур. Для этого методы атомистического моделирования (на основе эмпирической молекулярной динамики) интегрируются с моделями, описывающими распределение электромагнитного поля и температуры в масштабе всей клетки. За прошедшее время группой были решены две сопряженные задачи, которые позволяют вплотную подойти к проблеме предсказания воздействия электромагнитного поля на свойства мембраны клетки.
Стоит отметить, что 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. Кроме того, в лаборатории регулярно проводятся научные семинары, а Владимир Пентковский стал научным руководителем нескольких аспирантов и студентов МФТИ.
Группа компаний РСК, ведущий в России и СНГ разработчик и интегратор <полного цикла> суперкомпьютерных решений нового поколения на основе архитектур корпорации Intel и передового жидкостного охлаждения, в рамках контракта с МФТИ разработала и установила пилотную систему, которая стала основой инновационного вычислительного кластера в лаборатории суперкомпьютерных технологий для биомедицины, фармакологии и малоразмерных структур I-SCALARE.
Как рассказал Александр Московский, генеральный директор компании <РСК Технологии>, новый суперкомпьютер МФТИ основан на инновационной архитектуре <РСК Торнадо>, впервые продемонстрированной РСК на ведущей европейской отраслевой выставке International Supercomputer Conference (ISC), прошедшей в Гамбурге в июне 2011 г. <РСК Торнадо> - это первое в мире энергоэффективное суперкомпьютерное решение с передовым жидкостным охлаждением для массово доступных стандартных серверных плат на базе процессоров Intel Xeon , изначально создававшихся для традиционных систем с воздушным обдувом электронных компонент. Архитектура <РСК Торнадо> обеспечивает гибкость конфигурации вычислительных узлов со стандартными интерфейсами и простоту построения решения, высокую ремонтопригодность (простота замены модулей оперативной памяти и увеличения ее объема, обновление на новые модели процессоров), возможность интеграции с любыми внешними изделиями со стандартными интерфейсами (PCI Express).
На текущий момент пилотная кластерная система в МФТИ обладает производительностью в 2,5 TFLOPS (триллионов операций в секунду) и состоит из 16 вычислительных узлов, каждый из которых содержит по два наиболее высокопроизводительных процессора Intel Xeon 5680 с тактовой частотой 3,33 ГГц. При этом в ней имеется 36 ГБ оперативной памяти на один узел, система хранения данных емкостью 3 ТБ, а коммуникационная сеть построена на базе высокоскоростного интерфейса Infiniband QDR. Уже в рамках пилотной системы вычислительный кластер обладает следующими уникальными характеристиками:
∙Простота и высокая надежность;
∙Экономическая эффективность;
∙Высокая энергоэффективность - рекордный показатель эффективности использования электроэнергии (PUE) менее 1,2, то есть не более 20% энергопотребления будет расходоваться на охлаждение;
∙Компактность и высокая плотность;
∙Большой коэффициент вычислительной эффективности - более 90% на тесте LINPACK;
∙Высокая масштабируемость;
∙Возможность использования ускорителей (архитектуры Intel MIC).
В дальнейшем в рамках планового расширения уже в этом году производительность вычислительного кластера МФТИ будет увеличена до 30 TFLOPS.
<Нам очень приятно, что передовые в мире инновационные российские технологии в области создания суперкомпьютерных решений, разработанные специалистами РСК, будут использоваться для развития новых отраслей знаний и достижений в отечественной науке, - отметил Александр Московский,>. - Поэтому мы придаем особое значение перспективам развития проекта в МФТИ по созданию энергоэффективного вычислительного кластера в лаборатории суперкомпьютерных технологий для биомедицины, фармакологии и малоразмерных структур I-SCALARE>.
Биоинформатика и моделирование лекарственных препаратов являются одними из самых быстрорастущих областей, где существует острая необходимость использования высокопроизводительных вычислений на суперкомпьютерах. Актуальность представленного проекта состоит в том, что прорывы в сфере новых методов медицинской диагностики, лечения, создания новых лекарств и т.д. возможны только с развитием новых вычислительных моделей и платформ, учитывающих специфику био-медико-фармацевтических задач. А его совместная реализация сотрудниками МТФИ, корпорации Intel и группы компаний РСК, несоменно, позволит вывести исследования в данной области на новый уровень.
