Сучасні інформаційні та комп'ютерні технології в науці та освіті

У 1992 р. в ІФКС НАН України започатковано проект UARNet – Українська академічна і дослідницька мережа, в рамках якого в лютому 1993 р. здійснено перше в Україні підключення до глобального Інтернету некомутованими лініями зв’язку. Згодом (1995 р.) в Інституті було створено окрему лабораторію інформаційних технологій та комп’ютерних мереж, яка з 1999 р. діє як окреме Державне підприємство "Науково-телекомунікаційний центр "Українська академічна і дослідницька мережа" ІФКС НАН України.

У 2002 р. запущено в дію перший у системі НАН України розрахунковий кластер (16 процесорів із робочою продуктивністю 12,5 Gflops). Після його модернізації у 2004, 2006 та 2008 роках він залишається одним із найпотужніших в Україні. В грудні 2006 кластер ІФКС НАН України був добудований за рахунок встановлення 17 нових вузлів на основі двоядерних процесорів із 64-розрядною архітектурою (Xeon 5130 2 Ghz) і пам'яттю 4 Gb. Це дало змогу збільшити тестову потужність кластера на 310 Gflops. У 2008 р. було проведено заміну частини двоядерних процесорів на чотири ядерні, а також збільшено кількість оперативної пам’яті в чотири рази. В результаті, загальне число ядер збільшилось до 116, а сумарної оперативної пам’яті стало 200 Gb. Усі вузли об’єднані високошвидкісною мережею побудованої на основі технології Infiniband, завдяки якій швидкість обміну даними між вузлами кластера може досягати 700Мбайт/c в обох напрямках одночасно. Таким чином, тестова продуктивність кластера зросла до 640 GFlops, а пікова продуктивність кластера становить 928 GFlops. На кластері, окрім обчислювальних потужностей існує необхідність швидкого та надійного зберігання даних. З цією метою, на кластері ІФКС, на основі масиву дисків об’єднаних за допомогою RAID-5 та мережевої файлової системи Lustre, встановлено накопичувальний сервер загальною ємністю 3 ТБайт.

На вузлах кластері встановлена операційна система Linux на базі дистрибутиву Rocks 4.2. Для організації запуску задач та розподілу завантаження кластера використовується система керування задача­ми SGE. В якості компіляторів на кластері ІФКС НАН України використовується збірка компіляторів від компаній Intel та Portland Group. Для розробки та запуску паралельних програм встановлено бібліо­теку OpenMPI.

Кластер живиться через сис­тему безперебійного живлення, яка спроектована з урахуванням потреб комплексу. Аналіз потужності систе­ми свідчить про можливість функ­ціонування комплексу впродовж часу (10-15 хв.) необхідного для збору даних з обчислювальних вузлів та виключення керуючого вузла із збереженням даних при зникненні напруги у зовнішній мережі живлення. Приміщення, в якому розміщений кластер, забезпечується системою активної вентиляції і кондиціонування, що створює необхідні для роботи обладнання кліматичні умови.

Налаштування роботи кластера, встановлення всього необхідного програмного забезпечення та поточна технічна підтримка безперебійної роботи кластера забезпечується групою наукових працівників ІФКС (Т.М.Пацаган, О.Я.Фаренюк). Доступ користувачів до ресурсів кластера здійснюється із робочих місць, підключених безпосередньо в локальну мережу Інституту, а також – через мережу Інтернет, використовуючи захищені методи доступу.

Висока продуктивність кластера забезпечує можливість розв’язування широкого класу задач загальнонаціонального рівня, для реалістичного моделювання яких вимагається, насамперед, використання паралелізованих пакетів програм та великі обчислювальні ресурси. Розрахунковий кластер активно використовується нині для розв’язання складних міждисциплінарних задач прогнозного характеру, прикладом яких можуть виступати задачі Чорнобильської проблематики. Найбільш типовими задачами, що виконуються зараз на кластері ІФКС НАН України, є моделювання фізико-хімічних процесів у конденсованих системах за допомогою методів першопринципної та класичної молекулярної динаміки.

У 2007 р. кластер приєднано до GRID мережі НАН України. Постійна робота з модернізації кластера і розробки ефективних методів комп’ютерного моделювання мають на меті створення провідного регіонального GRID-вузла та зміцнення позицій Інституту в цьому напрямку.

ІФКС НАН України зосереджує велику увагу на кадровому аспекті, зокрема на питаннях підготовки кваліфікованих фахівців для роботи з потужними кластерними системами та суперкомп’ютерами. Цей аспект роботи проводиться, починаючи із студентської молоді і завершуючи підготовкою молодих науковців. Так, для прикладу, розрахунковий кластер Інституту активно використовується для навчання студентів львівських університетів основам паралельного програмування та методам комп’ютерного моделю­вання. Для цих потреб коштами ІФКС НАН України створено комп’ютерний клас із прямим доступом до роз­рахункового кластера, розроблено відповідні навчальні програми, проводиться навчання працівників Інституту та студентської молоді Львова з набуття навиків роботи з паралелізованими пакетами програм (Т.М.Брик, Т.М.Пацаган, І.І.Клевець).