Исследовательский центр мультипроцессорных систем (ИЦМС)

• Научные направления:

  • высокопроизводительные вычисления, программные системы для параллельных архитектур, суперкомпьютеры, GRID-технологии;
  • технологии построения региональных компьютерных телекоммуникационных сетей;
  • технологии сенсорных сетей;
  • функциональное программирование, теория суперкомпиляции и метавычислений.
     

• Прикладные разработки:

  • суперкомпьютерная программа Союзного государства "СКИФ" (2000-2004 гг.);
  • суперкомпьютерная программа Союзного государства "СКИФ-ГРИД" (2007-2010 гг.);
  • система телекоммуникаций города Переславля-Залесского "Ботик" (СТ "Ботик").
     

• Информационные материалы:

  • PowerPoint презентации
  • Листовки и буклеты
  • Плакаты
  • Фото и видеоматериалы
  • Награды
  • Логотипы
  • Свидетельства, патенты сертификаты и лицензии
  • Публикации
  • Пресса

Научные направления

1. Высокопроизводительные вычисления, программные системы для параллельных архитектур, суперкомпьютеры, GRID-технологии

Тематика высокопроизводительных вычислений и мультипроцессорных систем является одной из основных тематик ИПС РАН. Без преувеличения можно сказать, что исследования в этом направлении были одной из целей создания Института.

В работах, выполняемых в Исследовательском центре мультипроцессорных систем (ИЦМС) по данной тематике, можно выделить несколько направлений:

• исследования в области GRID-технологий — технологий создания согласованных, открытых и стандартизованных компьютерных сред, обеспечивающих гибкое, безопасное, скоординированное разделение вычислительных ресурсов и ресурсов хранения информации в рамках виртуальных организаций;
• разработка технологии и программного обеспечения поддержки автоматического динамического распараллеливания программ для различных вычислительных архитектур (Т-система с открытой архитектурой — OpenTS);
• разработка подходов к использованию OpenTS  для реализации интеграции вычислительных мощностей в GRID-системах;
• отработка технологии интеграции вычислительных мощностей в GRID-системах на развертываемой в рамках программы "СКИФ-ГРИД" экспериментальной грид-системе "СКИФ-Полигон", объединяющей ресурсы нескольких отечественных суперкомпьютерных центров;
• участие в разработке суперкомпьютеров семейства "СКИФ";
• разработка системы ServNet для суперкомпьютеров семейства "СКИФ" — полнофункциональной программно-аппаратной системы мониторинга кластеров с единым иерархическим веб-интерфейсом.

2. Технологии построения региональных компьютерных телекоммуникационных сетей

В течение ряда лет в ИЦМС проводятся исследования, направленные на разработку аппаратных и программных решений, организационных мер и сетевой политики для создания региональных компьютерных сетей. Разрабатываемые сетевые решения позволяют предоставлять всем жителям и предприятиям на некоторой территории возможность высокоростного постоянного подключения к региональной компьютерной сети, в которой реализуется принцип "Сеть для всех, по разумной и доступной цене".

Программное обеспечение (ПО), разработанное в ИЦМС для поддержки работоспособности региональной компьютерной сети, допускает широкий уровень масштабирования сети от городского поселка до крупного города или района области. Вместе с тем разработка обеспечивает низкий уровень затрат, как на этапе создания региональной сети, так и на этапе ее эксплуатации за счет широкого использования свободного (Open Source) программного обеспечения, за счет автоматизации управления сетью и переноса части операций управления с персонала оператора связи на абонентов.

В состав пакета ПО вошли компоненты, представляющие собой как модифицированные свободно распространяемые (Open Source) программные средства, так и оригинальные программные разработки:

• ПО для центрального узла;
• ПО для ПК-маршрутизаторов
• административно-расчетная система "BotikNadmin", обеспечивающая ведение взаиморасчетов оператора связи с абонентами и автоматизацию всех других необходимых взаимодействий оператора с абонентами;
• клиентский пакет программ BotikTools, включающий в себя набор программных средств (Botik Tester, BotikKey, BotkLook, BotikMon/BotikMap) и предназначенных для повышения уровня услуг связи, предоставляемых абонентам региональной компьютеной сети.

3. Технологии сенсорных сетей

За последние годы в промышленности разработаны и освоены в производстве тысячи разных сенсоров и исполнительных механизмов, которые используют десятки различных интерфейсов для подключения к сенсорной сети. Представляется невозможным разработать узлы сенсорных сетей, которые поддерживали бы все разумные комбинации интерфейсов и дополнительных функций.

В ИЦМС реализуется проект по разработке набора модулей, представляющего собой гибридный конструктор, модули которого можно комбинировать, получая самые разные узлы для создания сенсорных сетей. Этот подход к созданию сенсорных сетей имеет ряд преимуществ:

• поддержка в узле сенсорной сети разных наборов самых разных интерфейсов (для подключения сенсоров к узлу и для подключения узла к сети передачи данных);
• возможность несложного расширения набора поддерживаемых интерфейсов;
• улучшение рентабельности производства за счет массового выпуска небольшого набора типов модулей;
• сокращение времени разработки новых типов сенсорных узлов;
• унификацию встроенного программного обеспечения для сенсорных сетей;
• уменьшение склада запасных изделий у пользователя, уменьшение склада гоовой продукции на производстве.

4. Функциональное программирование, теория суперкомпиляции и метавычислений

Еще одно напрвление исследований — работы в области суперкомпиляции для языка программирования Рефал. Суперкомпиляция является одним из методов метавычислений, мощной техникой преобразования программ. При помощи суперкомпиляции можно решить задачи, не решаемые другими методами. Кроме работ по суперкомпиляции для языка Рефал, в ИЦМС выполняются работы по общим вопросам метавычислений и их применений в теории и практике программирования, в рамках которых формулируются и исследуются новые понятия теоретических основ информатики.

Прикладные разработки

1. Суперкомпьютерная программа Союзного государства «СКИФ»  (2000-2004 гг.)

Программа Союзного государства России и Беларуси «Разработка и освоение в серийном производстве семейства высокопроизводительных вычислительных систем с параллельной архитектурой (суперкомпьютеров) и создание прикладных программно-аппаратных комплексов на их основе (шифр программы «СКИФ»)» выполнялась в течение 2000-2004 годов. ИПС РАН являлся головным исполнителем Программы от Российской Федерации.

За время исполнения программы «СКИФ» было создано семейство суперкомпьютеров «СКИФ» (Ряд 1 и Ряд 2) и разработана соответствующая конструкторская документация.  Выпущено 16 образцов ЭВМ семейства «СКИФ», причем  Linpack-производительность моделей «СКИФ» за пять лет выросла в 185 раз (с 11 до 2032 Гфлопс). В ноябре 2004 года суперкомпьютерные установки семейства «СКИФ» заняли 14% мест в суперкомпьютерном рейтинге  Top50 (СНГ). Две установки, разработанные в рамках программы «СКИФ», вошли в мировой рейтинг суперкомпьютеров TOP500: «СКИФ К-500» — 407 место в ноябре 2003 года и «СКИФ К-1000» — 98 место в ноябре 2004 года.

В рамках программы «СКИФ» было разработано базовое программное обеспечение кластерного уровня суперкомпьютеров семейства «СКИФ»  и ряд прикладных программ. В комплект базового программного обеспечения вошла система поддержки автоматического распараллеливания программ OpenTS — оригинальная разработка ИПС РАН и МГУ, позволяющая существенно облегчить разработку параллельных прикладных программ для суперкомпьютеров.

2. Суперкомпьютерная программа Союзного государства «СКИФ-ГРИД» (2007-2010 гг.)

Суперкомпьютерная программа Союзного государства «Разработка и использование программно-аппаратных средств ГРИД-технологий и перспективных высокопроизводитеьных (суперкомпьютерных) вычислительных систем семейства «СКИФ»(шифр программы «СКИФ-ГРИД»)» выполнялась в 2007-2010 гг. Программа имела своей целью развитие и поддержку оригинальных отечественных технологий высокопроизводительных вычислений. Программа выполнялась кооперацией исполнителей, в которую входили учреждения РАН, ВУЗы и НИИ ВУЗов, НИИ и предприятия наукоемких отраслей. Головным исполнителем Программы от Российской Федерации являлся Институт программных систем им. А.К. Айламазяна РАН.

Основные результаты выполнения Программы «СКИФ-ГРИД»:

1. Разработаны суперкомпьютеры семейства «СКИФ» ряда 3 и ряда 4. Некоторые модели суперкомпьютеров этих рядов вошли в мировой рейтинг TOP500:
   • СКИФ Cyberia — февраль 2007 г.
   • СКИФ Урал — май 2008 г.
   • СКИФ МГУ «Чебышев» — май 2008 г.
   • СКИФ Аврора ЮУрГУ — ноябрь 2009 г.
2. На основе принятых технических решений разработана линейка последовательности моделей суперкомпьютеров ряда 4 семейства «СКИФ», охватывающая  широкий спектр производительности от нескольких Тфлопс до нескольких тысяч Тфлопс.
3. Разработано базовое, системное и инструментальное программное обеспечение (ПО) для суперкомпьютеров ряда 3 и ряда 4 семейства «СКИФ».
4. Разработана управляющая сети Servnet-4, реализующая нижний уровень мониторинга и управления в суперкомпьютерах ряда 4 семейства «СКИФ». Разработано программное обеспечение управляющей сети Servnet-4.
5. Разработан набор промежуточного программного обеспечения для организации грид-сред. Создана единая распределенная вычислительная среда на основе федерации суперкомпьютерных центров – грид-среда «СКИФ-Полигон».
6. Разработаны прикладные системы, реально используемые в интересах высокотехнологичных отраслей промышленности России, включая социально-значимые приложения: проектирование лекарств, разработка системы ранней диагностики рака молочной железы и др.

3. Система телекоммуникаций города Переславля-Залесского "Ботик" (СТ "Ботик")

Региональная компьютерная сеть города Переславля-Залесского и переславского района — система телекоммуникаций "Ботик" обеспечивает доступные по цене высокоскоростные подключения к сети предприятиям, учреждениям и жителям города, а также сельским жителям переславского района. В настоящее время к СТ "Ботик" подключено более 2500 абонентов (организаций и физических лиц), почти 5000 компьютеров (население Переславля — 45 тысяч жителей); площадь, охваченная системой — около 100 кв. км.

Программные и аппаратные решения для малобюджетных региональных компьютерных сетей, названные "Ботик-технологиями", прошли в СТ "Ботик" длительную (более 15 лет) проверку практикой и показали себя в процессе эксплуатации стабильными, гибкими, способными настраиваться на изменение конфигурации сети и бюджетной политики оператора связи.