В России построят фотонный суперкомпьютер

Участники прошедшего в Переславле-Залесском XI Национального суперкомпьютерного форума заявили, что приветствуют начало практических работ по созданию фотонной вычислительной установки силами Национального центра физики и математики (Саров) и с привлечением большого числа российских организаций. Одним из участников реализации проекта стал Институт программных систем имени А. К. Айламазяна РАН из Переславля, специалистам которого предложено построить программное обеспечение для будущего суперкомпьютера.

Принципиально возможно

Как рассказал руководитель Исследовательского центра мультипроцессорных систем ИПС РАН, главный конструктор отечественного суперкомпьютера "СКИФ-Аврора", член-корреспондент РАН Сергей Абрамов, идея строительства фотонной установки принадлежит главному научному сотруднику Института теоретической и математической физики Российского федерального ядерного центра - ВНИИ экспериментальной физики Сергею Степаненко.

- Идеологически проект соответствует переднему краю развития архитектур вычислителей для эксамасштабных (эксафлопсного, самого на сегодняшний день мощного диапазона производительности. - Прим. ред.) систем и, безусловно, даст серьезный результат при умелой кооперации исполнителей и обеспечении проекта необходимыми ресурсами, - уверен Сергей Абрамов.

Оптический суперкомпьютер, или фотонная вычислительная машина (ФВМ), был запатентован еще в 2018 году. Специалисты объясняют, что процесс вычисления в такой установке идет благодаря взаимодействию световых импульсов лазерного излучения, которыми представлена информация. А вот как он, по расчетам разработчика, будет выглядеть, может повергнуть неподготовленного читателя прямо-таки в шок: если традиционная, даже не самая мощная суперЭВМ - это длинные ряды "шкафов", то фотонная... сможет поместиться в пол-литровую банку.

- В предыдущие годы проведены эксперименты на уровне, когда просто проверяется принципиальная возможность реализации такого проекта. Не строится экспериментальный образец, а проверяется возможность. Сегодня понятно: принципиальная возможность есть, - считает Сергей Абрамов. По его словам, ИПС А.К. Айламазяна РАН предложит Национальному центру физики и математики перечень работ на 2023-2025 годы. В переславском институте надеются, что все это станет началом реализации проекта.

Если традиционная суперЭВМ - это длинные ряды "шкафов", то фотонная может уместиться в пол-литровую банку

Изменения - радикальные

Для отечественной суперкомпьютерной отрасли начало работ, без преувеличения, станет знаковым событием. Потому что сегодня показатели у нее, если брать мировую вычислительную мощность в целом, более чем скромные. К примеру, летом уходящего года мир вступил в новую, эксафлопсную, эру. То есть на земле появилась вычислительная машина (и это, как положено, задокументировано), способная выполнять один квинтиллион операций с плавающей точкой в секунду. Система, получившая имя Frontier, находится в городе Ок-Ридже - в Национальной лаборатории, входящей в структуру министерства энергетики США. На долю этой "машинки" приходится четверть суммарной производительности суперЭВМ, входящих в Top-500.

Причем продукт кооперации ведущих компаний отрасли - AMD, Hewlett Packard Enterprise и Cray - с более чем восемью миллионами ядер и вычислительной мощностью в 1,1 эксафлопса оказался феноменально энергоэффективным: он потребляет 21,1 мегаватта энергии, то есть на каждый ватт приходится 50 миллиардов операций в секунду. По мнению специалистов, "это фантастика". Потому что одним из главных "побочных эффектов" работы суперкомпьютеров до последнего времени оставалась их чрезвычайно высокая энергоемкость. Что во многом тормозило дальнейшее наращивание мощности.

- По заказу Национального центра физики и математики из Сарова Институт программных систем имени А. К. Айламазяна РАН в этом году делал глубокий обзор процессов, позволивших миру перешагнуть через эксафлопсный рубеж. Там 200 с лишним страниц, мы изучили полторы сотни источников информации. И я хочу сказать, что это действительно эпохальное событие, поскольку отрасль изменилась радикально. То есть все, что было на петафлопсном уровне, можно забыть. Это совершенно новый уровень технологий во всем. Программное обеспечение, "железо" и все остальное - все сделано по-другому. Это гигантский отрыв и скачок, отрасль теперь будет меняться радикально, - оценил значение события член-корреспондент РАН Абрамов.

Фотонная машина в перспективе могла бы составить установке такого уровня серьезную конкуренцию. Пока же у России, как отмечалось на суперкомпьютерном форуме, в мировом Top-500 суперЭВМ остаются семь установок: "Ломоносов" МГУ и шесть корпоративных, приобретенных российскими компаниями в 2021 году. Три машины принадлежат "Яндексу", две - Сберу и одна - МТС. Эти машины не российской разработки, используются для корпоративных нужд, но благодаря им страна увеличила свою формальную долю в суммарной вычислительной мощности мира. Хотя и ненамного. По оценке специалистов, по вычислительной мощности Россия сейчас отстает от США на 10 с половиной лет. То есть ЭВМ, способные считать с такой скоростью, за океаном были уже в 2012 году.

Лучше суверенитет

К слову, специалисты "по неким косвенным признакам" предполагают, что суперЭВМ эксафлопсного диапазона еще в прошлом году появилась у Китая, причем не одна, а две машины, но официально это нигде не зафиксировано: с 2019 года у этой страны в суперкомпьютерном топе ничего нового нет.

- Есть очень серьезные основания полагать, что у Китая в прошлом году появились две эксафлопсные системы, но они непубличны. В каждой стране есть "невидимые" установки, в том числе и в России, и в США. Это нормально. Но у Китая весь топ теперь непубличный. Потому что 11 китайских суперкомпьютерных центров находятся под санкциями США, и они не хотят увеличения этой зоны и роста давления, - объясняет Сергей Абрамов. - США начали вводить санкции против ведущих китайских СК-компаний: запретили передавать им технологии, оказывать техническую поддержку и все прочее - просто с точки зрения экономической конкуренции. Никаких других предпосылок там не было. Это исключительно борьба с конкурентом. И Китай принял решение не публиковать сведения о своих топовых разработках.

Представители ИТ-отрасли говорят: сфера информационных технологий настолько взаимосвязана на общемировом уровне, что изоляция даже в какой-то небольшой части оборачивается огромными проблемами. Для того же Frontier "железо" и все чипы делались на Тайване. На Тайване делают процессоры Amazon, AMD, Nvidia, Google и другие. По такой же схеме создавались российские процессоры "Эльбрус" и "Байкал". Тайваньские фабрики обслуживают весь мир. По словам Сергея Абрамова, "они сами чипы не разрабатывают, они их только выпекают". Именно благодаря такой стратегии (отсутствию собственных фабрик) компания AMD в последние годы сделала рывок и заняла 50 процентов рынка, а Intel, который тратится на свои фабрики, с лидерских 80 упал до 30 процентов - тяжело заниматься и разработкой, и производством одновременно.

Но наличие своих фабрик, безусловно, укрепляет суверенитет и снижает изоляционные риски. Именно по этой причине, рассказывает господин Абрамов, США сейчас ведут переговоры с тайваньской компанией TSMC о строительстве ее завода на своей земле: "Чтобы повысить надежность и устойчивость всей вычислительной базы, которая есть в США".

России предстоит сделать то же самое. Но используя уже исключительно свои ресурсы.

Из решений форума

"Мир переступил эксафлопсный порог и пошел дальше. В России же новых разработок переднего края как не было в последние девять лет, так и нет. Последние разработанные в России суперЭВМ замерли на уровне петафлопса... Текущие санкции увеличивают сложности. Как никогда, актуальна задача разработки и реализации государственной политики в области суперкомпьютерных технологий... Это является необходимым условием для развития, а в итоге и существования страны... Важно вести мониторинг и анализ всей доступной информации по эксамасштабным проектам и иметь исследования и разработки в области соответствующих технологий, хотя бы самых критических из них;

Форум приветствует начало практических работ по созданию фотонной вычислительной установки, основанной на идеях нашего коллеги Сергея Александровича Степаненко силами Национального центра физики и математики с привлечением большого числа российских организаций. Важно подчеркнуть, что идеологически проект соответствует переднему краю развития архитектур вычислителей для эксамасштабных систем и, безусловно, даст серьезный результат;

Форум обращает внимание на необходимость сокращений сроков рассмотрения суперкомпьютерных программ и проектов до трех месяцев - от начала рассмотрения до начала исполнения (или возврата на доработку)".

Справка "РГ"

Один терафлопс равен триллиону операций с плавающей точкой в секунду. Петафлопс - один квадриллион операций в секунду, или тысяча терафлопсов. Эксафлопс - один квинтиллион операций, или тысяча петафлопсов.