1311

УДК 629.7

В.Ю. Петров, В.Я. Модорский

Пермский государственный технический университет

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МНОГОПРОЦЕССОРНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ДЛЯ РЕШЕНИЯ ИНЖЕНЕРНЫХ ЗАДАЧ АЭРОКОСМИЧЕСКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ В РЕГИОНАЛЬНОМ ЦЕНТРЕ ТЕХНИЧЕСКОЙ КОМПЕТЕНЦИИ «AMD-ПГТУ»

Обсуждается опыт подготовки специалистов по многопроцессорным технологиям в РЦТК AMD-ПГТУ, рассмотрен ряд задач аэрокосмической промышленности, которые решены с использованием распределенных вычислительных технологий.

Ключевые слова: вычислительный эксперимент, газодинамика, AMD-ПГТУ, параллельные вычисления.

В рамках приоритетного национального проекта «Образование» в июне 2005 г. в Пермском государственном техническом университете был создан первый в России Региональный центр технической компетенции «AMD-ПГТУ» (Центр «AMD-ПГТУ»). Деятельность Центра «AMD-ПГТУ» с самого начала была направлена на проведение научных исследований на базе многопроцессорной техники, на повышение качества подготовки аспирантов, докторантов, научных работников, преподавателей, специалистов предприятий и организаций, студентов, других физических лиц в области научных исследований, информационных многопроцессорных технологий, а также повышения результативности научной, инжиниринговой и маркетинговой работы.

Основные задачи Центра «AMD-ПГТУ»:

–организация и проведение научных исследований, научнотехнических и опытно-конструкторских работ;

–разработка научно-технической продукции;

–подготовка, переподготовка и повышение квалификации специалистов предприятий, организаций и физических лиц;

–дополнительное образование студентов и учащихся образовательных учреждений, других физических лиц.

Материально-техническая база Регионального центра «AMDПГТУ» включает в себя многоядерный сервер K-Systems Patriot 740 и

4

десять рабочих станций. Обеспечена возможность широкоформатного полноцветного представления и документирования результатов инженерных исследований.

Освоение многопроцессорной техники и новых информационных технологий происходило в тесном взаимодействии со специалистами по суперкомпьютерам ННГУ им. Н.И. Лобачевского (г. Нижний Новгород), Саровского инженерного центра (г. Саров), ОАО «Авиадвигатель» (г. Пермь), «DATA Технологии» (г. Москва), «Тесис» (г. Москва, г. Нижний Новгород), «Делкам-Урал» (г. Екатеринбург), ЮФУ, ЮУрГУ, УГАТУ и др.

Результаты работ в области распределенных вычислений специалисты Центра «AMD-ПГТУ» неоднократно докладывали на научных конференциях, семинарах, форумах, а именно: научная конференция «Численные методы, параллельные вычисления и информационные технологии» (ИВМ РАН, НИВЦ МГУ, г. Москва, 13 февраля 2008 г.), семинар «Высокопроизводительные вычисления и параллельное про-

граммирование» (Intel и Microsoft, г. Москва, 26 марта 2008 г.), VI Все-

российская открытая конференция «Преподавание информационных технологий в Российской Федерации» (ННГУ, г. Нижний Новгород, 12–13 мая 2008 г.), всероссийский семинар-презентация результатов реализации приоритетного национального проекта «Образование» «Формирование актуальных компетенций и развитие межвузовского взаимодействия в области информационно-коммуникационных технологий: суперкомпьютерные технологии и высокопроизводительные вычисления» (ННГУ, г. Нижний Новгород, 5 сентября 2008 г.), всероссийская научно-техническая конференция «Ракетно-космические двигательные установки» (МГТУ им. Н.Э. Баумана, г. Москва, 16–17 октября 2008 г.), Академические чтения по космонавтике, посвященные памяти академика С.П. Королева (МГТУ им. Н.Э. Баумана, г. Москва, 26–30 января 2009 г.), всероссийская конференция «Технологии Microsoft в теории и практике программирования» для студентов, аспирантов и молодых ученых Российской Федерации (ННГУ им. Н.И. Лобачевского, г. Нижний Новгород, 11–12 марта 2009 г.), международная на- учно-практическая конференция «Инженерные системы-2008» (компания «Тесис» и РУДН, г. Москва, 6–9 апреля 2008г.), VI научная конференция ВЦР РАРАН «Современные методы проектирования и отработки ракетно-артиллерийского вооружения» (ВНИИЭФ, г. Саров,

5

2–4 июня 2009 г.), всероссийская суперкомпьютерная конференция «Научный сервис в сети Интернет: масштабируемость, параллельность, эффективность» (г. Новороссийск, 21–26 сентября 2009 г., 21–24 сентября 2010 г.), XI Международный семинар «Супервычисления и математическое моделирование» (ВНИИЭФ, г. Саров, 5–9 октября 2009 г.), 14-й Международный научно-промышленный форум «Россия единая» (Нижегородская ярмарка, г. Нижний Новгород, 28 октября – 1 ноября 2009 г.), IX Международная конференция «Высокопроизводительные параллельные вычисления на кластерных системах» (г. Владимир, ВлГУ, 1–3 ноября 2009 г.), VI Российская научно-техническая конференция «Механика микронеоднородных материалов и разрушение» (Институт машиноведения УрОРАН, г. Екатеринбург, 24–28 мая 2010 г.), международная научная конференция «Параллельные вычислительные технологии’ 2010» – ПаВТ’2010, всероссийская конференция молодых ученых «Параллельные и распределенные вычисления» (УГАТУ, г. Уфа, 29 марта – 2 апреля 2010 г.), всероссийская суперкомпьютерная конференция «Научный сервис в сети Интернет: суперкомпьютерные центры и задачи» (г. Новороссийск, 21–24 сентября 2010 г.), научный семинар «Суперкомпьютер СКИФ-Аврора» (ЮУрГУ, г. Челябинск, 25 ноября 2010 г.).

Мощным развитием идей применения многопроцессорных технологий в ПГТУ явилось создание в 2008 г. Центра высокопроизводительных вычислительных систем (ЦВВС). Центр оснащен мощным вычислителем, имеющим следующие характеристики:

–64 вычислительных узла;

–128 четырехядерных процессоров AMD «Барселона-3» (всего

512 ядер);

–пиковая производительность 4,096 Тфлоп;

–производительность в тестовом пакете Linpack 78 %;

–объем системы хранения информации 12 ТБ;

–объем оперативной памяти 512 Гбайт (8 Гбайт/узел).

В рейтинге ТОП-50 в СНГ по состоянию на 2008 г. кластер занял 13-е место.

Организован режим удаленного доступа к вычислительным мощностям кластера Центра высокопроизводительных вычислительных систем ПГТУ. Первым к удаленному доступу было подключено оборудование Центра «AMD-ПГТУ».

6

Специалисты Центра «AMD-ПГТУ» прошли обучение по программе повышения квалификации по приоритетным направлениям для профессорско-преподавательского состава вузов, находящихся в ведении Федерального агентства по образованию, «Высокопроизводительные вычисления» (ННГУ им. Н.И. Лобачевского, г. Нижний Новгород, 22 сентября – 3 октября 2008 г.), участвовали в работе Всероссийской молодежной школы «Суперкомпьютерные технологии и высокопроизводительные вычисления в образовании, науке и промышленности» (ННГУ им. Н.И. Лобачевского, г. Нижний Новгород, 26 октября – 31 октября 2009 г.), Всероссийской молодежной школе «Суперкомпьютерные технологии и высокопроизводительные вычисления в образовании, науке и промышленности» (ННГУ им. Н.И. Лобачевского, г. Нижний Новгород, 23 октября – 31 октября 2010 г.).

Утвержден и реализуется следующий план проведения научных семинаров в Центре «AMD-ПГТУ» с привлечением ведущих специалистов в области инженерных расчетов и многопроцессорных технологий:

Вмарте-апреле и октябре-ноябре 2010 г. в Центре «AMD-ПГТУ» реализованы более 15 телемостов со специалистами г. Нижний Новгород на тему «Основы параллельных вычислений» (лектор – Гергель Виктор Павлович доктор технических наук, профессор, декан факультета вычислительной математики и кибернетики Нижегородского государственного университета им. Н.И. Лобачевского). В ходе телемостов обсуждались основные понятия параллельных вычислений, необходимых для последующего изучения моделей, методов и технологий параллельного программирования. В простой и понятной форме приводились примеры современных высокопроизводительных вычислительных систем, рассматривались способы анализа сложности вычислений, оценки возможности их параллельного выполнения и основы разработки параллельных методов.

Вмарте-апреле и октябре-ноябре 2010 г. в Центре «AMD-ПГТУ» реализованы более 15 телемостов со специалистами г. С.-Петербург на тему «Основы параллельного программирования с использованием MPI» (лектор – Немнюгин Сергей Андреевич, кандидат физикоматематических наук, доцент кафедры вычислительной физики СанктПетербургского государственного университета), в ходе которых об-

8

суждались основы разработки параллельных программ с использованием интерфейса обмена сообщениями (MPI Message Passing Interface). Приводились основные понятия и концепции модели передачи сообщений, рассматривалась архитектура MPI.

С 2005 г. по настоящее время в Центре активно проводится работа по повышению квалификации кадров, реализованы дополнительные профессиональные образовательные программы повышения квалификации специалистов.

Производится подготовка по дополнительной профессиональной образовательной программе в объеме 504 часа (второй диплом о высшем образовании), профессиональной переподготовке специалистов «Эксплуатация высокопроизводительных вычислительных систем и многопроцессорных программных комплексов». В программу входят следующие семь модулей:

–Модуль 1. «Многопроцессорные вычислительные системы и программирование. Многопроцессорные программные комплексы».

–Модуль 2. «Программные многопроцессорные комплексы

ANSYS, ANSYS Workbench».

–Модуль 3. «Программный многопроцессорный комплекс Flow Vision».

–Модуль 4. «Программный многопроцессорный комплекс

ABAQUS».

–Модуль 5. «Программный многопроцессорный комплекс Solid Works».

–Модуль 6. «Параллельное программирование MPI и эксплуатация высокопроизводительных вычислительных систем».

–Модуль 7. «Многопроцессорные и мультимедийные программ-

ные комплексы 3D Studio MAX, Adobe Premiere».

В дополнительную профессиональную образовательную программу (объем 103 часа) повышения квалификации преподавателей, инженеров «Современные высокопроизводительные вычисления» входят четыре модуля, а именно:

–Модуль 1. «Введение в параллельные вычисления».

–Модуль 2. «Основные параллельные алгоритмы».

–Модуль 3. «Применение высокопроизводительных вычислений

вгазодинамических задачах».

9

–Модуль 4. «Применение высокопроизводительных вычислений

вфизико-механических задачах».

По данной программе проведено обучение для преподавателей ПГТУ. Обучения в Центре «AMD-ПГТУ» проведено для преподавателей Саратовского государственного университета.

В дополнительную профессиональную образовательную программу (в объеме 72 часа) повышения квалификации специалистов «Многопроцессорные вычислительные системы и программирование. Многопроцессорные программные комплексы» входят четыре модуля, а именно:

Модуль 1. «Многопроцессорные вычислительные системы и параллельное программирование».

Модуль 2. «Программирование на языках C, C++».

Модуль 3. «Программные многопроцессорные комплексы: ANSYS, FLUENT, Flow Vision».

Модуль 4. «Многопроцессорные и мультимедийные программ-

ные комплексы 3D Studio MAX, Adobe Premiere».

Вфеврале 2011 г. планируется провести обучение по дополнительной профессиональной образовательной программе повышения квалификации специалистов «Программные многопроцессорные комплексы ANSYS и QFORM» (обучение будут проводить ведущие специалисты ООО «Делкам-Урал», г. Екатеринбург).

ВЦентре «AMD-ПГТУ» осуществлен выпуск 24 групп слушателей, 234 выпускника дополнительного профессионального образования прошли обучение и получили документы государственного образца.

Сотрудники Центра «AMD-ПГТУ» неоднократно получали премии, награды, дипломы, различных уровней: Д.А. Паршаков – диплом за активное участие в научно-практической конференции «Инженерные системы – 2007» (г. Москва, 2007 г.), диплом III степени в конкурсе «На лучшую научно-теоретическую работу в области космонавтики среди учащихся высших учебных заведений РФ» им. К.Э. Циолковского (г. Москва, 2007 г.); П.В. Писарев, В.Я. Модорский получили диплом III степени за победу в конкурсе работ студентов, аспирантов и молодых ученых Российской Федерации на конференции «Технологии Microsoft в теории и практике программирования» (г. Нижний Новгород, 2009 г.); А.В. Козлова награждена дипломом за III место в научнотехнической конференции молодых специалистов ОАО «НПО „Искра“»

10