На рубеже семилеток

Владимир Кореньков,
директор Лаборатории информационных технологий

В ногу с современными тенденциями

В 2016 году наша лаборатория отметила свой 50-летний юбилей, на празднование которого собрались сотрудники и ветераны ЛВТА-ЛИТ, гости из подразделений ОИЯИ и многих организаций, с которыми мы все эти годы тесно сотрудничали. На этом празднике были подведены итоги деятельности лаборатории, в том числе и за последние семь лет. Надо отметить, что в эти последние годы развитие ЛИТ идет более высокими темпами, чем предусматривалось в семилетнем плане, и это обусловлено тем, что для информационных технологий семь лет - очень большой срок, и предусмотреть их развитие на такой срок не представляется возможным.

Приведу только два примера. В 70-80-е годы самой популярной среди пользователей ОИЯИ считалась ЭВМ CDC-6500, а в середине девяностых она уже была выведена из эксплуатации. Ее быстродействие оценивалось в 2 Mflops, а сейчас только один гибридный кластер, входящий в наш центр, имеет 140 Tflops, в 70 миллионов раз больше. Быстродействие наших внешних компьютерных коммуникаций за 25 лет увеличилось в 2 миллиона раз. Но дело не только в цифрах - качественно изменилась роль информационных технологий в развитии цивилизации, в том числе и в развитии научных исследований.

Сегодня ОИЯИ располагает сложной информационно-вычислительной инфраструктурой, непрерывное функционирование всех ее элементов на должном уровне является обязательным условием выполнения Институтом своих основных целей и задач. Поддержка этой инфраструктуры в рабочем состоянии - одна из важнейших задач Лаборатории информационных технологий. Прошедшая семилетка стала показательным примером того, что планирование развития информационных технологий на многие годы - задача не очень благодарная, и строгое следование планам чревато отставанием в этой области. Основой семилетнего плана по направлению "Сети, компьютинг, вычислительная физика" было формирование единой грид-среды стран-участниц ОИЯИ. Это стало главным направлением нашей деятельности, и оно получило свое дальнейшее развитие. Как дополнение к плану был создан и введен в эксплуатацию единственный в государствах - участниках ОИЯИ грид-центр первого уровня Tier-1 для эксперимента СМS на LHC, который стал одним из лучших CMS центров в структуре WLCG - всемирной грид-инфраструктуры для обработки, анализа и хранения данных. Создание центра уровня Tier-1 в ОИЯИ обусловлено активной позицией и большим вкладом ОИЯИ и российских институтов в создание и модернизацию детекторных систем CMS, обработку и анализ данных. В рамках этой инфраструктуры успешно функционировал и грид-центр второго уровня Tier-2 для обработки и анализа данных всех четырех экспериментов на LHC.

Позволю себе еще раз напомнить, что на семинаре 4 июля 2012 года, посвященном открытию бозона Хиггса на экспериментальных установках CMS и ATLAS, директор ЦЕРН Р. Хойер дал высокую оценку грид-технологиям и их значимости для мировой науки. Он выделил три составляющие, обеспечившие получение этого результата: ускорительный комплекс ЦЕРН, экспериментальные установки и грид-инфраструктуру LHC. Грид-инфраструктура на LHC позволила обрабатывать и хранить колоссальный объем данных, поступающих от экспериментов на коллайдере, и, следовательно, совершить это научное открытие. Свой вклад в этот результат внесен и грид-сайтом ОИЯИ, который на протяжении всех этих лет был лидирующим в России и входил в первую десятку грид-сайтов уровня Tier-2 в мире.

Мы не остановились на грид-среде, а пошли в ногу с современными тенденциями в области информационных технологий, без которых невозможно обеспечить выполнение целого ряда конкурентоспособных исследований, ведущихся на мировом уровне в ОИЯИ и сотрудничающих с ним мировых центрах как в рамках исследовательской программы ОИЯИ, в частности, мегапроекта NICA, так и в рамках приоритетных научных задач, выполняемых в кооперации с ведущими мировыми научными и исследовательскими центрами (ЦЕРН, FAIR, BNL и т.д.).

В ОИЯИ была внедрена система облачных вычислений, соответствующая переходу на современные принципы построения вычислительных центров. Применение облачных технологий повышает эффективность использования аппаратного обеспечения за счет виртуального разделения ресурсов и необходимо для выполнения обязательств ОИЯИ в различных научно-исследовательских проектах (NICA, ALICE, BESIII, NOvA, Daya Bay, JUNO и др.). На данный момент с облаком ОИЯИ интегрированы ресурсы Российского экономического университета имени Г.В.Плеханова, Института теоретической физики имени Н.Н.Боголюбова (Киев, Украина) и Института физики (Баку, Азербайджан), а также ведутся работы по интеграции с европейской облачной инфраструктурой EGI Federated Cloud.

Решение расширить вычислительную инфраструктуру ОИЯИ посредством добавления гетерогенного вычислительного кластера для высокопроизводительных вычислений в ОИЯИ и странах-участницах отвечает современным направлениям в мировых вычислительных технологиях. Последнее десятилетие ознаменовалось внедрением в технологию высокопроизводительных вычислений многоядерных процессоров и процессоров с GPU ускорителями. Необходимость высокопроизводительных вычислений в ОИЯИ связана с созданием собственного программного обеспечения для проведения исследований, требующих ресурсоемких расчетов. Гетерогенный вычислительный кластер - это современная платформа для разработки параллельных алгоритмов в задачах обработки экспериментальных данных в физике высоких энергий, в частности для мегапроекта NICA.

Проект развития Многофункционального информационно-вычислительного комплекса (МИВК) ОИЯИ направлен на создание технологической базы для проведения научных исследований в единой информационно-вычислительной среде, объединяющей множество различных технологических решений, концепций и методик. Подобная среда должна объединить суперкомпьютерные (гетерогенные), грид и облачные комплексы и системы с целью предоставления оптимальных подходов для решения различных типов научных и прикладных задач. Единая среда - это сложный программно-аппаратный комплекс, функционирующий в режиме 24х7 круглогодично.

Следует отметить, что опыт создания и эксплуатации установки Tier-1 для CMS в ОИЯИ несомненно будет способствовать построению системы обработки и хранения данных для комплекса NICA. Решение научных задач, на которые нацелен мегапроект NICA, невозможно без использования новейших достижений и разработки новых методик в области компьютерных и телекоммуникационных технологий, высокопроизводительных вычислительных систем и программирования и требует развития распределенного гетерогенного грид-облачного информационно-вычислительного комплекса для моделирования, обработки, анализа и хранения петабайтных потоков данных в экспериментах на комплексе NICA. Поскольку работы по проекту NICA ведутся и будут вестись в рамках широкого международного сотрудничества, необходимо не только хранить и обрабатывать экспериментальные данные в ОИЯИ, но и обеспечить доступ к ним всем организациям-участникам мегапроекта. Поэтому одна из важнейших составляющих МИВК - сетевая инфраструктура с пропускной способностью 100 Гбит/с и более.

В настоящее время для решения подобной проблемы большое внимание уделяется развитию систем управления задачами (подготовка и анализ экспериментальных данных, моделирование и т.п.), имеющих масштабируемую и гибкую архитектуру, которая предоставляет широкие возможности адаптации системы к изменяющимся вычислительным ресурсам, системам хранения и сетевым ресурсам. Для этих целей на базе МИВК необходимо проведение научных исследований в области интенсивных операций с большими объемами данных в распределенных системах (Big Data).

Чтобы реализовать все задумки этого проекта и учитывать новые тенденции в развитии информационных технологий, которые, конечно, появятся, нам необходимо большое внимание уделять работе с молодежью. Это студенты, аспиранты и молодые сотрудники из стран-участниц ОИЯИ, которых мы привлекаем к участию в наших проектах. Для этой цели мы организовываем много школ, курсов, стажировок, чтобы заинтересовать лучших молодых специалистов работой в нашей лаборатории.

В канун Нового года в лаборатории прошли семинары, на которых со своими отчетами выступили молодые сотрудники, получившие в 2016 году молодежные гранты ОИЯИ и именные стипендии М.Г.Мещерякова и Н.Н.Говоруна. Высокий уровень работ, выполненных молодежью, и их представления были отмечены всеми участниками семинаров. По итогам можно с уверенностью сказать, что наши молодые сотрудники вполне готовы достойно продолжать дело своих старших коллег, и задачи, стоящие перед нашей лабораторией, будут выполнены.