Благодаря телемосту, связавшему МГУ, Южно-Уральский и Нижегородский государственные университеты в режиме он-лайн-трансляции, прослушать лекцию и задать свои вопросы американскому гостю смогли преподаватели и студенты сразу трех ведущих российских вузов. Реплики, звучавшие из лагеря младшего поколения российских программистов, о том, в каком направлении следует развивать современную математику, какие модели стоит создавать с помощью параллельных вычислений и какие тесты компьютерной производительности являются самыми точными, перемежались более прагматичными вопросами от представителей вузовской администрации. Например, декана факультета ВМК, руководителя Центра компьютерного моделирования ННГУ Виктора Гергеля интересовало, как, по мнению Джека Донгарра, воспитать настоящих профессионалов в области параллельных вычислений.
Ответ оказался прост: нужно всеми силами развивать компьютерные науки, поддерживать математическое образование на должном уровне, изобретать новые и развивать старые языки программирования. Студентов же стоит обучать не только банальному программированию: “Ко мне часто приходят ребята, которые знают лишь простейшие приемы кодировки, но хотят вести исследования в сфере высокопроизводительных технологий. Приходится обучать их не столько языкам программирования, сколько пониманию возможностей параллельных вычислений. Они должны осознавать, для чего нужны те или иные приложения, как можно развивать программное обеспечение для достижения определенной цели”.
Заведующий кафедрой системного программирования ЮУрГУ Леонид Соколинский в свою очередь поднял вопрос о выборе единого языка создания ПО для параллельных вычислительных комплексов. По мнению докладчика, все существующие ныне высокоуровневые языки программирования никуда не исчезнут, будут жить почти вечно, потому что они рассчитаны на различные уровни параллельных систем и имеют разную степень выразительности и функциональности.
После лекции в МГУ профессор Донгарра любезно согласился ответить еще на несколько вопросов, которые специально для него приберег “Поиск”.
- Скажите, Джек, такое понятие, как “суперкомпьютеры”, обычно ассоциируется с высокотехнологичными отраслями экономики и индустрии. А нужны ли они, например, домохозяйкам?
- Наверняка нужны! Правда состоит в том, что сегодня суперкомпьютеры касаются каждого из нас. Они используются всюду - от ежедневных прогнозов погоды до создания новейших лекарств, от дизайна кроссовок до моделирования взрывов галактик, от проектировки более эффективных двигателей до съемок оскароносных фильмов. Иными словами, многие вещи вокруг нас стали лучше благодаря использованию математических моделей, построенных на суперкомпьютерах. Один из курьезных примеров применения параллельных вычислений “в быту” - знаменитый случай, когда компания Procter and Gamble столкнулась с проблемой при производстве чипсов. Конвейерная лента с тарой для чипсов двигалась со слишком большой скоростью, и кусочки картофеля не успевали попадать в банки, падали на пол. Промышленный гигант нес потери, справиться с которыми ему помогли только расчеты скорости движения конвейерной ленты, выполненные на суперкомпьютерах.
Вы спрашивали меня, как случилось так, что я посвятил свою жизнь распределенным вычислениям? С раннего детства любил технологии (самые быстрые!) и все, что с ними связано. Мне нравилось создавать и развивать софтверные алгоритмы с помощью линейной алгебры, поэтому вся моя работа шла в этом направлении. Сегодня с коллегами из Университета Теннесси мы делаем многие вещи, например оцениваем производительность суперкомпьютерных систем, причем пытаемся вывести ее на новый уровень с помощью все той же линейной алгебры и понять, почему она до сих пор не так высока, как нам бы хотелось. Я также участвую в разработке MPI - интерфейса передачи сообщений при выполнении параллельных вычислений. Занимаюсь этим, так как хочу, чтобы программное обеспечение, созданное мною, работало на благо членов мирового научного сообщества. Стремлюсь к тому, чтобы его использование не было хаотичным, а был выработан некий стандарт софта для распределенных вычислений.
- Вы - один из авторов знаменитого теста производительности вычислительных систем LINPACK, который появился в 1976 году. В настоящее время он практически признан эталоном в тестировании вычислительных систем - по крайней мере, список Top500 (наиболее высокопроизводительных систем мира) формируется именно по его результатам. Однако время идет, технологии совершенствуются, так не пора ли создать новые тесты для определения эффективности вычислительных мощностей? Например, последний рейтинг Top500 впервые выстроил суперкомпьютеры по эффективности энергопотребления, доказав, что “производительность - это еще не все”.
- Конечно, пора! Ведь никакой отдельно взятый тест не может точно оценить работу высокопроизводительных вычислительных систем. Поэтому, например, в дополнение к LINPACK некоторое время назад мы с коллегами разработали HPC Challenge Benchmark. Производительность компьютера он оценивает в 28 различных областях (в том числе STREAM, High Performance LINPACK, matrix multiply - DGEMM, matrix transpose, FFT, Random Access, тесты на пропускную способность и латентность памяти), сгруппированных в семь категорий, включая работу памяти, внешних сетевых связей и прикладных программок. Теперь компьютерные архитектуры можно сравнить с более широкой точки зрения, не упираясь лишь в вопрос о количестве терафлопс и стоимости системы, как было в LINPACK. Тест HPC Challenge предоставляет пользователям дополнительную информацию, позволяющую принять более точное решение о том, как и для чего использовать тот или иной суперкомпьютер.
- Каких показателей мощностей можно ожидать в очередном списке Тор500? Не превратилась ли погоня за новыми мощностями в самоцель?
- Предсказать конкретные цифры довольно трудно - технологии сегодня развиваются стремительно. Например, мой лэптоп занял бы первое место в Top500, протестируй я его в 1995-м, однако сейчас он ни за что не попадет в этот список. Если наши прогнозы (основанные на том, что нынешний мощнейший в мире суперкомпьютер IBM RoadRunner перешагнул в 2008 году петафлопный рубеж) корректны, то к 2020 году машине, чтобы попасть в Top500, надо будет иметь мощность хотя бы в один экзафлоп.
А что касается гонки за мощностями, то тут я не согласен: мировое научное сообщество постоянно испытывает бесконечную потребность в дополнительных компьютерных мощностях. И эти ребята совершенно точно знают, как можно будет использовать ту дополнительную производительность, которую принесет следующее поколение суперкомпьютеров. На графике, отражающем тенденции использования распределенных вычислений с 1993 по 2008 год, отчетливо видно, что высокопроизводительные комплексы, ранее пользовавшиеся популярностью лишь в исследовательских и академических кругах, сегодня стали куда более востребованы мировой индустрией. Так что гонка за мощностями вполне объяснима.
- Сегодня в России особое внимание уделяется проблемам суперкомпьютерного образования. Нам не хватает высококвалифицированных специалистов и преподавателей, которые могут их готовить для рынка. Существует недостаток учебных программок в этой области. Как вы решаете эти проблемы у себя на родине?
- В Университете Теннесси существует специальная программка под названием Междисциплинарная степень вычислительных наук (IGMCS, подробнее - ). В настоящий момент компьютерное моделирование востребовано практически в каждой передовой научной области. Чтобы овладеть параллельными вычислениями, нужно обладать знаниями сразу по нескольким предметам, традиционно разнесенным по разным частям образовательного плана, а не просто быть асом в программировании. IGMCS дает студентам возможность познакомиться с комбинированным “пакетом” знаний и умений, который им нужен для использования распределенных технологий.
- В последнее время немало внимания уделяется вопросам использования графических процессоров в высокопроизводительных системах. Как и в любой широко обсуждаемой теме, здесь наверняка есть рациональное зерно, впрочем, есть и масса чисто рекламных лозунгов и не совсем обоснованных ожиданий. С вашей точки зрения, каковы перспективы использования графических процессоров? Являются ли они альтернативой обычным массовым процессорам?
- Да, графические процессоры сейчас достигли того уровня, когда множество реальных задач могут выполняться с их помощью, причем гораздо быстрее по сравнению с системами на основе многоядерных микропроцессоров. Однако будущее все-таки за гибридными решениями, объединяющими в одной системе мощь графических с многоядерными центральными процессорами. Разработки в этом направлении возглавляют Intel и Nvidiа.
- Пару лет назад компания Cray выпустила компьютер Cray XT5h и выдвинула идею “адаптивных вычислений”, говоря о том, что не программисты должны подстраивать программы под архитектуру новых компьютеров, а архитектура компьютеров должна подстраиваться под особенности задач. Звучит заманчиво, но насколько это реально?
- Вы говорите о Cray XT5h - это гибридный суперкомпьютер, включающий в себя программируемую логическую интегральную схему (электронный компонент, используемый для создания цифровых интегральных схем) типа FPGA. Конечно, FPGA может служить мощным акселератором для работы некоторых приложений, но его использование требует сочетания различных стилей в программировании, что довольно сложно исполнимо. Таким образом, процессор Cray XT5h не может стать особо популярным для проведения научных вычислений.
- Какое самое необычное применение суперкомпьютеров вам приходилось встречать?
- Знаете ли вы, что в Новой Зеландии было зафиксировано самое большое количество суперкомпьютеров на душу населения? Я лично диву дался, когда услышал об этом, и сразу подумал - ну куда им столько? Что они с этими мощностями делают? Ответ оказался прост: в Новой Зеландии расположена компания WETA Digital, которая участвовала в создании трилогии “Властелин колец”, где была использована масса компьютерной графики: все эти битвы орков и полуросликов, резиновые уши и холмы Шира - ну вы понимаете. Так вот, данная компания, как раз владеющая всеми этими машинами, специализируется на производстве цифрового кино и даже получила несколько Оскаров за свои визуальные эффекты.
Новая Зеландия - это прекрасно, но и в Москве мне очень понравилось. Поскольку это мой первый визит сюда, я ожидал увидеть что-то старомодное, времен СССР, но все оказалось иначе. И радостные люди на улицах - весна, наверное, так действует, и то, как функционируют городские системы, и то, какой у вас красивый и сильный университет, любознательные студенты... Мое мнение о России эта поездка изменила коренным образом, очень надеюсь вернуться сюда вновь.