Для коректной работы сайта необходимы разрешить выполнение сценариев javascript

154

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

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

  • Производительность: 
    41,57 ТФЛОПС (Peak) / 34,5 ТФЛОПС (LINPACK)
  • Узлов/Ядер (про-/сопроцессоров) /Потоков (про-/сопроцессоров): 
    112 / 1792 / 3584
  • Процессор: 
    224 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: 
    7,1 ТБ (DDR3-1600, low voltage green memory)
  • Общий объем системы хранения на узлах: 
    10 ТБ, твердотельные накопители Intel® SSD
  • Межузловое соединение: 
    InfiniBand QDR, 40 Гбит/c
  • Сервисная сеть: 
    2 независимые сети 1 GigE – сенсорная и управляющая
  • Занимаемая площадь: 
    1.28 м.кв.

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), достигла новых успешных результатов в своих научных исследованиях благодаря использованию модернизированного энергоэффективного суперкомпьютера с пиковой производительностью 41,57 ТФЛОПС, созданного на базе передовой архитектуры «РСК Торнадо» и процессоров Intel® Xeon® E5-2600.

ЗАДАЧИ ЛАБОРАТОРИИ
Биоинформатика   и   моделирование  лекарственных  препаратов являются одними из самых быстрорастущих областей, где существует острая  необходимость  использования  высокопроизводительных вычислений на суперкомпьютерах. Основные направления 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 могут 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 био-медикофармацевтических задач.

«Перед лабораторией I-SCALARE под рукодством  Владимира  Пентковского поставлена задача по решению важных проблем из области современной биоинформатики.   Профессионализм, целеустремленность  и  энтузиазм команды  способствуют  успешному решению поставленных задач» Николай Николаевич Кудрявцев, ректор Московского физико- технического института
 
Лаборатория I-SCALARE осуществляет не только научную, но и учебную деятельность. Ее сотрудниками был разработан учебный курс по использованию симуляторов для моделирования различных вычислительных систем.

ПРОБЛЕМЫ
Высокая численность студенческого и профессорско-преподавательского со- става университета является причиной чрезмерной загруженностиь аудиторий и нехватки свободных помещений. Континентальный климат Московской области обуславливает большие затраты электроэнергии. В то же время разнообразие учебных дисциплин и большой объем лабораторного оборудования предъявляют повышенные требования к энергопотреблению.
Таким образом, суперкомпьютер, используемый в МФТИ, должен отвечать важнейшим критериям:  минимизация занимаемой площади 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 охлаждением для стандартных серверных плат и процессров х86.
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 вычислитель- ного центра даже при отсутствии под- готовленного 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 про- граммным обеспечением для организации высокопроизводительного кластера или частного облака, а также содержит подсистему мониторинга и управления программными и аппаратными частями комплекса. Все подсисистемы размещаются в 2-х стандартных стойках с общей занимаемой площадью 2 кв. м.
Основанная на собственном дизайне  и использующая компоненты отрасле- вого стандарта платформы Intel x86-64 (возможно подключение ускорителей), система на базе архитектуры «РСК Торнадо» обеспечивает заказчикам новые уровни производительности, эффективности и масштабируемости.
 
РЕЗУЛЬТАТЫ

Группа компаний РСК разработала и внедрила в лаборатории суперкомпьютерных технологий для биомедицины, фармакологии и малоразмерных структур I-SCALARE мощную вычислительную систему, представляющую собой законченное решение класса «РСК миниЦОД» с пиковой производительностью 41,57 ТФЛОПС. Эта система в момент представления занимала 20 место в списке Top50 самых высокопроизводительных суперкомпьютеров России и стран СНГ (март 2012 г.).
Новый энергоэффективный и компактный вычислительный кластер лаборатории I-SCALARE состоял из 112 вычислительных узлов на базе двух процессоров нового поколения Intel® Xeon® E5-2690 (всего 224 процессора, 1792 ядра). Использование этих самых высокопроизводительных моделей процессоров нового серверного семейства Intel® Xeon® E5-2600 стало возможным именно благодаря использованию передового жидкостного охлаждения, являющего основой архитектуры «РСК Торнадо». При этом обеспечен большой объем оперативной памяти на один узел – 64 ГБ, что суммарно составляет 7,1 ТБ ОЗУ.
Обновленная кластерная система в МФТИ была оснащена системой хранения данных емкостью 10 ТБ, а коммуникационная сеть построена на базе высокоскоростного интерфейса Infiniband QDR.

 

Результаты лаборатории, полученные с использованием суперкомпьютера лаборатории I-SCALARE в МФТИ 

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 микросекундные траектории молекуляр- ной динамики (МД) мишени действия антибиотиков (молекулы липида-II) в мембране бактерий. Использование обновленного суперкомпьютера лабо- ратории 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 моделирование  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 В.А. 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, не доступную 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 in vitro. 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 2011 - декабрь 2011
Место выполнения:
Московская область, г. Долгопрудный, Россия