Novian Technologies on Vilniuse Ülikooli matemaatika-informaatikateaduskonnale juurutanud ainulaadse kõrgjõudlusega arvutusseadmete arhitektuuri, mis võimaldab kiiret ja tõhusat uurimistööd tehisintellekti arendamise, närvivõrkude koolituse ja muude loome- ja uurimistöö valdkondades ning tegevusi, mis nõuavad väga suure ulatusega arvutusi.
Olukord
Vilniuse ülikooli teadlased on kõrgjõudlusega arvutusseadmeid kasutanud juba üle kümne aasta. Tehnoloogia on viimasel kümnendil kiiresti arenenud ning teadusuuringud ja selle rakendused üle maailma on vastavalt muutunud.
Varem juurutatud tehnoloogiad on piiranud ülikooli kogukonna võimet tõhusalt rahvusvaheliselt konkureerida ning seega oli ülikooli jaoks hädavajalik oma olemasolevat infrastruktuuri põhjalikult uuendada.
Probleem
Enamik toodetud seadmeid, kasutades neid eraldi, on pühendatud suhteliselt kitsastele ülesannete täitmiseks. Ükski selline seade ei suuda ideaalselt rahuldada üksiku organisatsiooni kõiki vajadusi.
Üha populaarsemaks muutuv ülemaailmne tava on kavandada nende seadmete kogumeid nii, et need vastaksid kõige paremini organisatsiooni spetsiifilistele komplekssetele vajadustele.
Selliste ühendite peamine eelis seisneb selles, et need võimaldavad konkreetse keeruka arvutusülesande täitmiseks hankida tõhusalt ja kiiresti vajaliku tööriista. Lisaks tagab sellise klastri spetsiifiline arhitektuurne komplekssus ja täielikkus kiiruse ja tõhususe.
Lahendus
Valmisprojekteeritud klaster
Kõrgjõudlusega arvutussüsteeme ja nende komponente toodavad praegu paljud ülemaailmsed tehnoloogiaettevõtted. Viimastel aastatel on kõrge jõudlusega arvutusklastreid (HPC) uuendatud ja nende arvutustõhusust suurendatud läbi kasutusele võetud graafikatöötluse (inglise keeles graphics processing unit), ning neid tootev NVIDIA on selles segmendis turuliider.
Lahenduse füüsilise (tehnoloogilise) osa jaoks projekteerisid Novian Technologies arhitektid keeruka suure jõudlusega andmetöötlusklastri, mis koosneb 1728 ühikust Inteli protsessorite tootja kiirenduseta andmetöötlustuumast ja 20 480 ühikust NVIDIA tootja Tensor arvutustuumast.
Arvutusklastril on enam kui 13 TB operatiivmälu (RAM). Üldine selle HPC klastri projekteeritav arvutusjõudlus on 361 TeraFLOP (inglise keeles floating point operations per second) DP (inglise keeles dual precision) ja 4 PetaFLOP arvutusjõudlust sügavõppe (inglise keeles deep learning) valdkonnas. Seega on praeguse klastri TeraFLOP arvutuslik jõudlus kasvanud umbes 12 korda.
Andmete salvestamise lahendus
Luster ZFS failisüsteemil põhinev kahetasandiline andmesalvestuslahendus on mõeldud andmete salvestamiseks. Juhtimis- ja andmemoodulil on umbes 20 TB kiiret SSD-põhist kasulikku mahtu ja kõigile teistele andmetele on ette nähtud umbes 0,8 PB kasulikust mahust.
Arvutus- ja andmesalvestusressursid on kombineeritud InfiniBand EDR -i, 100Gb/s kiire ja madala latentsusajaga võrgutehnoloogia abil.. See võimaldab andmetöötlus- ja andmesalvestusressurssidel vahetada teavet 2 korda kiiremini kui see oli võimalik eelmises Vilniuse ülikooli matemaatika- ja informaatikateaduskonna arvutusklastris.
Projekteeritud füüsilise (tehnoloogilise) osa ressursside optimaalseks kasutamiseks ja ühendamiseks teiste HPC klastritega on paigaldatud teenuste haldamise, iseteeninduse ja ühendamise tarkvaramoodul. Tarkvaralahendus annab võimaluse ühendada kõik suure jõudlusega arvutussõlmed nii Vilniuse ülikoolile kuuluvate, kui ka väliste, Vilniuse ülikoolile mittekuuluvate, muude suure jõudlusega sõlmedega.
Ühendatud HPC ressursid
Rakendatud teenusehalduse, iseteeninduse ja integratsiooni tarkvaraline moodul võimaldab Vilniuse ülikoolil ühendada olemasolevad HPC ressursid üheks ühtseks arvutusressursiks, samuti osaleda EuroHPC jms projektides.
Paralleelselt koostati ülikoolile äriplaan, teenuskataloog ja süsteemiarvestuse moodul. Seega tekkis võimalus pakkuda turule laia, erinevate tehnoloogiate paketti, kohandada seda lihtsalt kliendi vajadustega, operatiivselt valmistada ette vajalik keskkond ja seejärel võtta arvele.
Loodetakse, et uuenenud ja kaasajastatud Vilniuse ülikoolil HPC klastri pakutavaid võimalusi saab edukalt kasutada nii ülikooliringkond kui ka kogu riigi kaasaegsed ettevõtted.
Tulemus
Projekti käigus juurutas ja integreeris Novian Technologies tipptasemel tehnoloogiaid ülemaailmsetelt tootjatelt: pakutud erinevate tootjate tehnoloogiate kombinatsioon võimaldab efektiivselt kasutada arvutusressursse ja kiirelt valida tehnoloogiaid konkreetsete ülesannete lahendamiseks.Kaasajastatud Vilniuse ülikoolil HPC klaster on vähemalt 10 korda tõhusam kui varem kasutuses olnu. Seda hakatakse kasutama modelleerides valgusenergia kogumise elektroonilisi süsteeme ja fotosünteetilise molekulaarelektroonika materjalide kvantkeemiliste meetodite abil. Hakatakse analüüsima põhi- ja ergastatud fotosünteetiliste ühendite olekuid, modelleerima Ramani spektreid, ergastatud olekute dünaamilisi omadusi, prootonite ülekandmise võimalusi konjugeeritud süsteemides ja grafeenikihte.
Loodetakse, et orgaanilisi materjale ja seadmeid saab laialdaselt kasutada erinevates valdkondades, alates meditsiinist kuni energeetika ja arvutiteaduseni. Võimsama HPC-süsteemi abil saavad Vilniuse ülikooli teadlased modelleerida molekulaarühenditel põhinevaid kvantarvuteid ja välja töötada kvantarvutusalgoritme. Lisaks Vilniuse ülikooli uurimisprojektidele saavad avatud juurdepääsu keskuse HPC infrastruktuuri kasutada ka teiste Leedu teadusasutuste ja ettevõtete teadlased.
Nende HPC ressursside ja tehtud tööde põhjal on Leedust saanud Euroopa projekti EuroHPC liige ning Vilniuse Ülikool on Leedu esindajaks ühises EuroHPC kompetentsikeskuses. Kavas on liikmelisus ka EGI-s (Europe Grid Infrastructure – Euroopa superatvutite võrk).
