Суперкомпьютер для учебы

Interfax-Russia.ru — Томские студенты создали компактный аналог суперкомпьютера СКИФ Cyberia. Он станет базой для отработки IT-технологий в области DevOps и реализации различных учебных проектов.

Фото пресс-службы ТГУ

Резиденты Проектного парка физико-технического факультета Томского госуниверситета (ФТФ ТГУ) разработали компактный аналог суперкомпьютера ТГУ СКИФ Cyberia. Размеры устройства — всего 76х26х31 см, вес — 8 кг, энергопотребление — 350 ватт. "Построен" компьютер на архитектуре ARM (от англ. Advanced RISC Machine — усовершенствованная RISC-машина).

"На первоначальном этапе кластер (суперкомпьютер — ИФ) планируется использовать для хостинга студенческих проектов, выполняемых на базе Проектного парка. В дальнейшем ребята хотят объединить несколько технологических решений. Один из вариантов — совместить кластер с другим проектом наших студентов по альтернативной генерации электричества — станцией с ветрогенераторами и солнечными панелями. Это позволит студентам отработать технологии создания дата-центров с нулевым углеродным следом", — сообщил менеджер Проектного парка ФТФ ТГУ Кирилл Костюшин.

По мнению наставника проекта, доцента кафедры прикладной аэромеханики ФТФ ТГУ Ануара Кагенова, учебный суперкомпьютер также станет хорошей базой для отработки IT-технологий в области DevOps (от англ. development and operations, методология активного взаимодействия специалистов по разработке со специалистами по информационно-технологическому обслуживанию и взаимная интеграция их рабочих процессов друг в друга для обеспечения качества продукта — ИФ), а также для создания небольших студенческих и крупных университетских проектов. При размерах чуть больше обычного компьютера кластер включает полноценный набор вычислительных узлов.

"Кластер состоит из 23 недорогих микрокомпьютеров Raspberry Pi, из которых 22 можно использовать под различные сервисы. Raspberry Pi — это маленькие и достаточно эффективные по энергопотреблению компьютеры", — пояснил он.

Отказоустойчивость сервисов в них обеспечивает оркестратор докер-контейнеров — программная технология для автоматического управления контейнерами.

"Если с одним контейнером что-то происходит, оркестратор это понимает и "поднимает" его. Для университета такой кластер удобен тем, что на нем можно хоститься, создавать дополнительные сервисы и запускать учебные программы", — добавил Кагенов.

Как в свою очередь рассказал один из разработчиков, студент 3 курса ФТФ ТГУ Александр Юстус, на создание суперкомпьютера ушло около года.

"Сначала появилась идея: мы прикинули, что у нас может получиться, оценили время, которое будет затрачено, и немного обдумали план действий. Поговорили с экспертами из этой области и получили положительные отзывы о проекте. Потом стали разбираться в схеме работы суперкомпьютера ТГУ СКИФ Cyberia и пробовать что-то делать самостоятельно", — сказал студент.

Сам он, по его словам, создавал 3D-модели будущего кластера.

"Затем мы занялись изготовлением деталей кластера, постоянно дорабатывая прототип. К финальному варианту мы пришли, реализовав три прототипа", — добавил Юстус.

Так, прозрачный корпус кластера ребята вырезали из оргстекла, крепления для плат распечатали на 3D-принтере, а каркас для крепления вычислительных узлов был изготовлен из композитного материала, разработанного сотрудниками ТГУ.

Вычислительный кластер ТГУ СКИФ Cyberia, созданный в 2007 году, является одним из самых мощных суперкомпьютеров в России, используемых для проведения научных исследований. Он способен выполнять 100 триллионов операций за одну секунду. Производительность системы на тесте Linpack составляет 9.01TFlops. На ней проектируют ракетно-космическую технику, создают новые виды ракетного топлива, проводят контроль за распространением пожаров и эпидемий. Также суперкомпьютер используется в проектах по анализу больших данных социальных медиа, анализу данных Большого адронного коллайдера, прогнозирования изменений климата. Помимо этого, с помощью этого вычислительного кластера создаются цифровые двойники и цифровые производственные системы для новых беспилотных летательных аппаратов (БПЛА).

Так, в 2020 году команда суперкомпьютерного центра ТГУ представила прототип учебного конструктора, из которого при помощи инструкции в приложении с дополненной реальностью можно собрать квадрокоптер и запрограммировать его на различные сценарии работы.

"(Учебный — ИФ) конструктор позволит освоить методы программирования автономных летательных аппаратов. В него входят контроллер Pixhawk со стеком PX4 для полетов в автономном режиме, бортовой вычислитель Raspberry Pi 4 и модуль камеры для реализации полетов с использованием компьютерного зрения. При этом сборка и обучение проходят практически интуитивно благодаря приложению с AR", — сообщили в вузе.

Раму дрона изготовлена на базе ТГУ из композитных материалов.

На начальном этапе инструкция и дрон были отделены друг от друга. Пользователь наводил смартфон на лист бумаги, где появлялась инструкция, и отдельно принимался за детали. Позднее процесс упростили: чтобы собрать квадрокоптер, нужно разложить детали из набора на столе, скачать приложение, навести на детали камеру — и тогда запустится интерактивная инструкция, то есть в дополненной реальности на вашем столе покажут, как собрать дрон, а также принципы работы его отдельных компонентов.

"Такой дрон с различными сценариями взаимодействия и большой технической базой для программирования нацелен на образовательные организации различного масштаба: кванториумы, университеты и другие. Для обычного пользователя это приложение не столь применимо. Однако проектная команда задумалась о разработке доступной версии конструктора, которая будет к тому же и более бюджетной", — пояснили в ТГУ.