Для коректной работы сайта необходимы разрешить выполнение сценариев javascript

153

Технические характеристики Суперкомпьютер "РСК Торнадо" лаборатории I-SCALARE в МФТИ

Технические характеристики Суперкомпьютер "РСК Торнадо" лаборатории I-SCALARE в МФТИ

  • Производительность: 
    83,15 ТФЛОПС (Peak) / 70,18 ТФЛОПС (LINPACK)
  • Узлов/Ядер (про-/сопроцессоров) /Потоков (про-/сопроцессоров): 
    224 / 3584 / 7168
  • Процессор: 
    112 x Intel® Xeon® E5-2690 (8 ядер, 2,9 ГГц)
  • Сопроцессор: 
    Не используются
  • Серверная плата: 
    Intel® Server Board S2600JF(Q)
  • Общий объем памяти на узлах: 
    14,3 ТБ (DDR3-1600, low voltage green memory)
  • Общий объем системы хранения на узлах: 
    22,4 ТБ, твердотельные накопители Intel® SSD
  • Межузловое соединение: 
    InfiniBand QDR, 40 Гбит/c
  • Сервисная сеть: 
    2 независимые сети 1 GigE – сенсорная и управляющая
  • Занимаемая площадь: 
    2.56 м.кв.

Российские ученые получили возможность проводить более масштабные исследования, что позволяет достичь очередных успехов в моделировании поведения вирусов и в создании в будущем новых лекарств для борьбы со многими опасными заболеваниями. Это стало возможным благодаря возросшей в два раза до 83,14 ТФЛОПС пиковой производительности энергоэффективного суперкомпьютера на базе передовой архитектуры «РСК Торнадо» и процессоров Intel® Xeon® E5–2690, которым оснащена Лаборатория суперкомпьютерных технологий для биомедицины, фармакологии и малоразмерных структур I-SCALARE (Intel super computer applications laboratory for advanced research), созданная в 2010 г. в рамках гранта Правительства России на базе Московского физико-технического института (МФТИ). Эта система вошла в первую десятку самых высокопроизводительных суперкомпьютеров России и стран СНГ согласно рейтингу Top50 (апрель 2013 г.).

ЗАДАЧИ  ЛАБОРАТОРИИ
Биоинформатика и моделирование лекарственных препаратов являются одними из самых быстрорастущих областей, где существует острая необходимость использования высокопроизводительных вычислений на суперкомпьютерах. Основным направлением деятельности лаборатории I-SCALARE 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 могли быть решены на имеющихся вычислительных ресурсах. Актуальность исследований, проводимых на базе лаборатории I-SCALARE, 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 биомедикофар- мацевтических задач.

Relhzdwtd

«Перед лабораторией I-SCALARE поставлена задача по ре- шению важных проблем из области  современной  биоинформатики.     Профессионализм, целеустремленность  и энтузиазм команды   способствуют  успешному решению поставленных задач».

Николай Николаевич Кудрявцев, ректор Московского физико-технического  института

 

 

 

 

ПРОБЛЕМЫ

Высокая численность студенческого и профессорско-преподавательского состава института является причиной чрезмерной загруженности аудиторий и нехватки свободных помещений. Континентальный климат Московской  области  обуславливает большие затраты электроэнергии. В то же время разнообразие учебных дисиплин и большой объем лабораторного оборудования предъявляют повышенные требования к энергопотреблению. Таким образом,  суперкомпьютер,  используемый в МФТИ, должен был отвечать важнейшим критериям: минимизация занимаемой пло- щади и потребляемой энергии при большой вычислительной мощности наряду с высокой энергоэффективностью и низкой стоимостью владения (TCO).

РЕШЕНИЕ
В качестве решения была выбрана кластерная система группы компаний РСК на базе инновационной архитектуры «РСК Торнадо» — энергоэффективной, высокопроизводительной технологии с жидкостным охлаж- дением для стандартных серверных плат и процессоров Intel® Xeon® E5–2600. Для удовлетворения всех требований заказчика с точки зрения минимизации затрат на постройку, обслуживание и управление системой было предложено использовать новый класс решений — РСК миниЦОД.
РСК миниЦОД представляет решение класса «все-в-одном» для сегмента высоконагруженных вычислений — это полностью укомплектованное, предварительно проверенное решение для высокопроизводительных вычислений и облачных сред на базе архитектуры «РСК Торнадо» разработки группы компаний РСК, предназначенное для быстрого развертывания вычислительного центра даже при отсутствии подготовленного серверного помещения. Решение включает в себя все необходимые подсистемы современного центра обработки данных — вычислительное поле мощных серверов, коммуникационные сети, системы хранения данных, подсистемы электропитания, охлаждения и пожаротушения. РСК миниЦОД поставляется с оптимизированным программным обеспечением для организации высокопроизводительного кластера или частного облака, а также содержит подсистему мониторинга и управления программными и аппаратными частями комплекса. Все подсистемы размещаются в 2-х стандартных стойках с общей занимаемой площадью 2 кв. м.
Основанная на собственном дизайне и использующая компоненты отраслевого стандарта платформы Intel x86–64 (возможно подключение сопроцессоров), система на базе архитектуры «РСК Торнадо» обеспечивает заказчикам новые уровни производительности, эффективности и масштабируемости.

РЕЗУЛЬТАТЫ
Группа  компаний  РСК  в  рамках  контракта с МФТИ разработала и установила в 2011 году в лаборатории суперкомпьютерных технологий для биомедицины, фармакологии и малоразмерных структур I-SCALARE пилотную систему на базе передовой архитектуры «РСК Торнадо». Далее она была модернизирована до уровня мощной вычислительной системы, представляющей собой законченное решение класса «РСК миниЦОД» с пиковой производительностью 41,57 ТФЛОПС на основе новых процессоров Intel® Xeon® E5–2690.
Реализация суперкомпьютера в МФТИ на основе РСК миниЦОД позволила обеспечить большую гибкость и линейную масштабируемость данного решения, повысить в 2012 году производительность системы до 83 ТФЛОПС при сохранении той же идеологии построения комплекса и занимаемой площади 2,56 м2. С момента создания этот вычислительный кластер фактически уже прошел два этапа модернизации, при этом его производительность выросла более чем в 33 раза (со времени установки первой пилотной системы). Модернизированный энергоэффективный и компактный вычислительный кластер включает в себя две вычислительных стойки, содержащие в сумме 224 вычислительных узла на базе двух процессоров нового поколения Intel® Xeon® E5–2690 каждый (всего 448 процессоров, 3584 ядра). Использование самых высокопроизводительных моделей процессоров нового серверного семейства Intel® Xeon® E5–2600 стало возможным именно благодаря применению передового жидкостного охлаждения, являющего основой архитектуры «РСК Торнадо». При этом обеспечивается поддержка большого объема опе- ративной памяти на один узел — 64 ГБ, что суммарно составляет 14,3 ТБ ОЗУ для всей системы. Кластерная система в МФТИ оснащена системой хранения данных емкостью 10 ТБ, а коммуникационная сеть построена на базе высокоскоростного интерфейса InfiniBand QDR.

 

НАУЧНЫЕ  РЕЗУЛЬТАТЫ ЛАБОРАТОРИИ
Исследовательская группа под руководством профессора Романа Ефремова при Институте биоорганической химии РАН использует модернизированный вычислительный кластер лаборатории I-SCALARE в МФТИ для исследования в области конструирования нового  класса  антимикробных  соединений на основе природных лантибиотиков. В ходе развития данного проекта, проведения расчетов и моделирования получены микро- секундные траектории молекулярной динамики (МД) мишени действия антибиотиков (молекулы липида-II) в мембране бактерий. Использование обновленного суперком- пьютера лаборатории I-SCALARE позволяет получать траектории такой длительности для систем, содержащих свыше 50 тыс. атомов, примерно за неделю. Анализ полученных траекторий МД позволил установить характерные особенности строения бактериальной мембраны. На модернизированном суперкомпьютере лаборатории I-SCALARE проведено более детальное моде- лирование взаимодействия лантибиотиков с липидом-II в мембране. В перспективе такие исследования могут привести к созданию нового класса антибиотиков, не подверженных появлению резистентности у бактерий.
Задача моделирования структуры белковой оболочки и молекулярной динамики опасных для человека вирусов типа Flavivirus  (например,  вируса лихорадки   Денге)   и  процессов их взаимодействия с клетками   организма   занимаются  ученые  исследовательской  группы  химического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова    под    руководством академика Н.С. Зефирова.  По  словам  ведущего научного    сотрудника    Владимира  Палюлина,  в  ходе проведенных  исследований построены молекулярные модели  мембраны  вириона и фрагмента белковой оболочки,  включающие  миллионы атомов. Это позволило получить информацию о пространственном строении вирусного белка, недоступную экспериментальными методами, а затем проанализировать его динамическое поведение и связывание с ним молекул, препятствующих слиянию флавивирусов с клетками человека.

На основе таких моделей осуществлён компьютерный поиск потенциальных ингибиторов слияния вируса клещевого энцефалита и идентифицированы перспективные соединения, проявившие необходимую активность в тестах invitro. В рамках работ по дизайну новых нейропротекторных веществ построены модели полной структуры NMDA-рецептора, с помощью суперкомпьютера проводится моделирование его молекулярной динамики в фосфолипидной мембране с водным окружением, а также взаимодействия с известными нейропротекторами (система включает сотни тысяч атомов). Изучены закономерности связи их структуры с активностью, предложен возможный механизм  действия  модуляторов рецептора и на этой основе ведется поиск новых перспективных структур с нейропротекторной активностью. Такие структуры могут послужить основой для создания в будущем препаратов для лечения тяжелых нейродегенеративных заболеваний, в частности болезни Альцгеймера.

Информация о проекте

Московский физико-технический институт, лаборатория I-SCALARE

Московский физико-технический институт создан в 1951 году на основе физико-технического факультета МГУ (1946-1951). Институт осуществляет подготовку специалистов высшей квалификации в различных областях современной науки и техники.

Даты выполнения проекта:
июль 2012 - декабрь 2012
Место выполнения:
Московская область, г. Долгопрудный, Россия