Развитие инфраструктуры суперкомпьютерных центров в интересах инновационного развития государств-участников СНГ

Федеральная целевая программа: «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технического комплекса России на 2014-2020 годы»
Номер соглашения: 05.613.21.0092
Уникальный идентификатор проекта RFMEFI61319X0092
Приоритетное направление: Информационно-телекоммуникационные системы.
Критические технологии: Технологии и программное обеспечение распределенных и высокопроизводительных вычислительных систем
Программное мероприятие: 2.1 Проведение исследований в рамках международного многостороннего и двустороннего сотрудничества
Период выполнения: 20.08.2019 – 30.09.2020
Ключевые слова: СУПЕРКОМПЬЮТЕРНЫЙ ЦЕНТР, ИНФРАСТРУКТУРА, СНГ, ВЫЧИСЛЕНИЯ, ОПТИМИЗАЦИЯ, ЭНЕРГОПОТРЕБЛЕНИЕ, ОХЛАЖДЕНИЕ

Этап № 1 (промежуточный)

В ходе выполнения проекта по Соглашению о предоставлении субсидии № 05.613.21.0092 от 20.08.2019 с Минобрнауки России в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы» на этапе № 1 в период с 20.08.2019 по 31.12.2019 выполнялись следующие работы.

Аналитический обзор современной научно-технической, нормативной, методической литературы, затрагивающей научно-техническую проблему, исследуемую в рамках прикладных научных исследований, в том числе обзор научных информационных источников: статьи в ведущих зарубежных и (или) российских научных журналах, монографии и (или) патенты.
Проведение патентных исследований в соответствии с ГОСТ Р 15.011-96.
Выбор и обоснование направления исследований.
Разработка основных технических решений и выбор комплектующих для создания вычислителя, работающего с представлением чисел с перекрытием на основе программируемых логических интегральных схем.
Теоретические исследования оптимальных тепловых режимов создаваемого вычислителя для дальнейшей разработки оптимизированной системы охлаждения вычислителя, работающего с числами, представленными в системах счисления с перекрытием.
Разработка основных технических решений и выбор комплектующих для создания оптимизированной системы охлаждения вычислителя, работающего с числами, представленными в системах счисления с перекрытием.
Планирование эксперимента с создаваемым вычислителем, позволяющего определить возможность получения оптимального режима работы устройства по критерию «затраченная мощность на единицу вычислений».

Иностранным партнёром проводились следующие работы:

разработка технических требований на кластер «СКИФ-ГРИД-СНГ»;
разработка технического задания на модульный суперкомпьютер (далее - МСК);
разработка технического проекта системы защиты информации ГРИД-системы суперкомпьютерных центров в интересах инновационного развития стран-участниц СНГ;
разработка технического предложения на создание образовательного ГРИД-сегмента;
разработка эскизного проекта суперкомпьютерной технологии проектирования и моделирования сварных конструкций общего назначения для предприятий и ВУЗов машиностроительного профиля;
создание ГРИД-сервисов для выполнения трудоемких расчетов при проектировании СБИС;
разработка технического задания и создание макета АПК УИ СКЦ.

При этом были получены следующие результаты:

выполнен аналитический обзор;
проведены патентные исследования;
проведены выбор и обоснование направления исследований;
разработаны технические решения и выбраны комплектующие для создания вычислителя, работающего с представлением чисел с перекрытием;
проведены теоретические исследования тепловых режимов создаваемого вычислителя;
разработаны технические решения и выбраны комплектующие для создания системы охлаждения вычислителя;
выполнено планирование эксперимента для оптимизации вычислителя по критерию «затраченная мощность на единицу вычислений».

Иностранным партнёром были получены следующие результаты:

разработаны технические требования на кластер «СКИФ-ГРИД-СНГ»;
разработано техническое задание на модульный суперкомпьютер;
разработан технический проект системы защиты информации суперкомпьютерных центров;
разработано техническое предложение на создание образовательного ГРИД-сегмента;
разработано техническое задание и создание макета АПК УИ СКЦ;
разработан эскизный проект суперкомпьютерной технологии проектирования и моделирования сварных конструкций;
велись работы по созданию Грид-сервисов для трудоемких расчетов при проектировании СБИС.

Полученные результаты соответствуют требованиям к выполняемому проекту.

В результате завершения Этапа 1 результатов интеллектуальной деятельности не создано.

Этап 2 (заключительный)

В ходе выполнения проекта по Соглашению о предоставлении субсидии № 05.613.21.0092 от 20.08.2019 с Минобрнауки России в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы» на этапе № 2 в период с 01.01.2020 по 30.09.2020 выполнялись следующие работы.

Разработка эскизной конструкторской документации и изготовление экспериментального образца вычислителя, работающего с числами, представленными в системах счисления с перекрытием.
Разработка эскизной конструкторской документации и изготовление экспериментального образца оптимизированной системы охлаждения вычислителя, работающего с числами, представленными в системах счисления с перекрытием.
Разработка эскизной конструкторской документации и изготовление испытательного стенда для проведения экспериментальных исследований вычислителя, работающего с числами, представленными в системах счисления с перекрытием с оптимизированной системой охлаждения.
Разработка программы и методик экспериментальных исследований и проведение экспериментальных исследований экспериментального образца вычислителя, работающего с числами, представленными в системах счисления с перекрытием.
Разработка программы и методик экспериментальных исследований и проведение экспериментальных исследований экспериментального образца оптимизированной системы охлаждения вычислителя, работающего с числами, представленными в системах счисления с перекрытием.
Обобщение результатов проекта, проверка их соответствия требованиям ТЗ, оценка результативности исследований и эффективности результатов в сравнении с современным научно-техническим уровнем.
Подготовка предложений и рекомендаций по реализации (коммерциализации) результатов проекта.
Подготовка проекта технического задания на проведение ОКР по теме: «Построение вычислителя, работающего с числами, представленными в системах счисления с перекрытием с оптимизированной системой охлаждения».

Иностранным партнёром проводились следующие работы.

На втором этапе работы проводились по следующим направлениям (в скобках приведены номера пунктов плана-графика работ в соответствии с дополнительным соглашением между ОИПИ НАН Беларуси и ИПС им. А.К. Айламазяна РАН от 06.11.2019 г. к соглашению между ОИПИ НАН Беларуси и ИПС им. А.К. Айламазяна РАН от 20.03.2019 г.).

(2.9) Разработка конструкторской документации и изготовление опытного образца модульного суперкомпьютера «СКИФ-ГРИД-СНГ».
(2.10) Создание системы защиты информации Грид-системы развитой инфраструктуры.
(2.11) Создание образовательного ГРИД-сегмента на базе персональных суперкомпьютерных конфигураций.
(2.12) Разработка системы управления вычислительными ресурсами суперкомпьютерных конфигураций.
(2.13) Разработка системного программного обеспечения для моделей суперкомпьютеров семейства «СКИФ-ГРИД-СНГ».
(2.14) Разработка и создание опытного образца аппаратно-программного комплекса управления инфраструктурой суперкомпьютерного центра (АПК УИ СКЦ).
(2.15) Разработка суперкомпьютерной технологии проектирования и моделирования сварных конструкций общего назначения для предприятий и ВУЗов машиностроительного профиля.
(2.16) Разработка параллельных алгоритмов и программы минимизации многоуровневых представлений систем булевых функций для минимизации площади кристаллов цифровых СБИС.
(2.17) Разработка экспериментального программного обеспечения и эскизного проекта информационной системы поддержки процессов диагностики и мониторинга заболеваний лёгкого.
(2.18) Разработка технологии и суперкомпьютерной информационной системы поддержки процессов диагностики и мониторинга заболеваний лёгкого.

При этом были получены следующие результаты.

Разработана эскизная конструкторская документация и изготовлен экспериментальный образец вычислителя, работающего с числами, представленными в системах счисления с перекрытием.
Разработана эскизная конструкторская документация и изготовлен экспериментальный образец оптимизированной системы охлаждения вычислителя, работающего с числами, представленными в системах счисления с перекрытием.
Разработана эскизная конструкторская документация и изготовлен испытательный стенд для проведения экспериментальных исследований вычислителя, работающего с числами, представленными в системах счисления с перекрытием с оптимизированной системой охлаждения.
Разработана программа и методика экспериментальных исследований и проведены экспериментальные исследования экспериментального образца вычислителя, работающего с числами, представленными в системах счисления с перекрытием.
Разработана программа и методика экспериментальных исследований и проведены экспериментальные исследования экспериментального образца оптимизированной системы охлаждения вычислителя, работающего с числами, представленными в системах счисления с перекрытием.
Были обобщены результаты проекта, была проведена проверка их соответствия требованиям ТЗ, была проведена оценка результативности исследований и оценка эффективности результатов в сравнении с современным научно-техническим уровнем.
Подготовлены предложения и рекомендации по реализации (коммерциализации) результатов проекта.
Подготовлен проект технического задания на проведение ОКР по теме: «Построение вычислителя, работающего с числами, представленными в системах счисления с перекрытием с оптимизированной системой охлаждения».

Иностранным партнёром были получены следующие результаты.

Изготовлен опытный образец кластера «СКИФ-ГРИД-СНГ», проведена опытная эксплуатация опытного образца кластера «СКИФ-ГРИД-СНГ», разработано руководство по эксплуатации, программа и методика приемочных испытаний опытного образца кластера «СКИФ-ГРИД-СНГ.
Выполнено проектирование и создание СЗИ Грид-системы. Разработано задание по безопасности Грид-системы с учетом требований Приказа ОАЦ при Президенте Республики Беларусь от 30.08.2013 (в редакции от 11.10.2017). Разработана методика оценки и выполнена оценка задания по безопасности Грид-системы. Разработан комплект документов «Исходные данные». Разработаны программы и методики опытной эксплуатации и приемочных испытаний СЗИ Грид-системы.
Разработан комплект программной документации образовательного ГРИД-сегмента. Разработан комплект конструкторской документации для опытного образца кластера «СКИФ-ГРИД-СНГ-Офис». Разработаны технические требования на опытный образец кластера «СКИФ-ГРИД-СНГ-
Офис» (редакция 2). Выполнены установка и настройка программного обеспечения грид-сайта SKIF_GRID_CIS. Проведено тестирование сервисов грид-сайта SKIF_GRID_CIS.
Выполнены исследования систем управления вычислительными ресурсами суперкомпьютерных конфигураций.
Разработан комплект программной документации для опытного образца кластера «СКИФ-ГРИД-СНГ», разработаны технические требования на опытный образец кластера «СКИФ-ГРИД-СНГ» (редакция 2), программа и методика приемочных испытаний опытного образца кластера «СКИФ-ГРИД-СНГ». Выполнены установка и настройка системного программного обеспечения на опытном образце кластера «СКИФ-ГРИД-СНГ». Проведено тестирование опытного образца кластера «СКИФ-ГРИД-СНГ».
Изготовлен опытный образец АПК УИ СКЦ и разработаны разделы программы и методики приемочных испытаний. Проведена опытная эксплуатация опытного образца АПК УИ СКЦ, разработано руководство по эксплуатации опытного образца АПК УИ СКЦ.
Разработаны модели и программно-методические средства оперативного формирования внутренних напряженно-деформированных состояний сварных конструкций общего назначения после кристаллизации и остывания металла сварных швов и отражения взаимодействия внешних динамических нагрузок с внутренним напряженным состоянием сварных конструкций. Проведена верификация суперкомпьютерных методик моделирования сварных конструкций по доступным литературным и практическим данным, выявлены и скорректированы основные положения методики с использованием среды Іnventor.
Разработаны алгоритмы и параллельные программы блочного разбиения и оптимизации блоков, представленных булевыми сетями. Разработаны программные модули конвертора оптимизированных многоуровневых представлений систем булевых функций в VHDL-описания и Verilog-описания на языке C++ стандарта c++17 для работы в составе операционных систем «Linux».
Выполнены исследования и получены алгоритмы информационной системы поддержки процессов диагностики и мониторинга заболеваний лёгкого.
Выполнена доработка алгоритмов автоматической диагностики заболеваний легкого по двумерным рентгеновским изображениям. Разработаны серверная и клиентская части программного обеспечения для диагностики заболеваний легкого по рентгеновским изображениям. Выполнена разработка серверной и клиентской частей программного обеспечения для прогнозирования устойчивости возбудителей заболеваний к лекарственным препаратам. Разработаны серверная и клиентская части программного обеспечения для автоматического выделения пораженных и подозрительных участков на изображениях компьютерной томографии.

Также проводилось изучение результатов, полученных ИПС им. А.К. Айламазяна РАН при экспериментальном исследовании вычислителя с контролируемой точностью. Отмечено, что устройство не является самостоятельным процессором, но может использоваться в качестве ускорителя вычислений для операций многократной точности и может дать заметный, а на некоторых задачах существенный, выигрыш по скорости и энергоэффективности вычислений.

Полученные результаты соответствуют требованиям к выполняемому проекту.

Во время выполнения работы было зарегистрировано три результата интеллектуальной деятельности.

Испрошена правовая охрана РИД «Устройство для иммерсионного двухфазного охлаждения изделий электронной техники с конструктивными направляющими потоков жидкости и газа» (автор: Амелькин С. А.) путем подачи заявки на выдачу патента РФ на полезную модель «Устройство для иммерсионного двухфазного охлаждения изделий электронной техники», (входящий регистрационный номер заявки – №2020125527, дата регистрации в Роспатенте – 31.07.2020).
Испрошена правовая охрана РИД «Устройство для иммерсионного двухфазного охлаждения изделий электронной техники со встроенным ресивером жидкой фазы хладагента» (автор: Амелькин С. А.) путем подачи заявки на выдачу патента РФ на полезную модель «Устройство для иммерсионного двухфазного охлаждения изделий электронной техники», (входящий регистрационный номер заявки – №2020132075, дата регистрации в Роспатенте – 29.09.2020).
Зарегистрирована программа для ЭВМ «Арифметика многоразрядных чисел в системе счисления с перекрытиями с использованием поразрядного параллелизма (ТриПол v.1.0)» (авторы: Климов Ю.А., Романенко С.А.), материалы заявки на государственную регистрацию которой были поданы в ФБГУ ФИПС, получено свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2020661454 от 24.09.2020 г.

Видео материал со съемкой процесса образования пузырьков над процессором

Назад в список проектов