Прикладные научные исследования
 
Научные исследования в рамках ФЦП "Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы"
Проект по Соглашению о предоставлении субсидии от 05 июня 2014 года № 14.607.21.0006 с Минобрнауки России
Этап № 1        Этап № 2        Этап № 3        Этап № 4
 
• Этап № 1, период с 05.06.2014 по 31.12.2014.
Выполненные работы:
  1. Аналитический обзор современной научно-технической, нормативной, методической литературы, затрагивающей научно- техническую проблему, исследуемую в рамках ПНИ.
  2. Проведение патентных исследований.
  3. Обоснование необходимости и актуальности проводимых исследований, учитывающее различные аспекты обеспечения эффективности суперкомпьютерных центров с учетом опыта работы Индустриального партнера.
  4. Разработка методики оценки: а) объемов и вариабельности данных о состоянии компонентов суперкомпьютера (вычислительных узлов, системы хранения данных, коммуникационной сети, инфраструктурного оборудования) и их общего объема; б) объема и частоты съема данных, необходимых для обеспечения бесперебойного функционирования суперкомпьютера; в) объема данных о структуре потока программ, исполняющихся на суперкомпьютере, и структуры этих данных; г) свойств различных способов хранения данных с точки зрения их пригодности для хранения необходимых объемов данных и их выборки для последующей обработки.
  5. Оценки объемов и вариабельности данных о состоянии компонентов суперкомпьютера (вычислительных узлов, системы хранения данных, коммуникационной сети, инфраструктурного оборудования) и их общего объема.
  6. Оценки объема и частоты съема данных, необходимых для обеспечения бесперебойного функционирования суперкомпьютера.
  7. Теоретические оценки необходимого объема хранимых данных для анализа эффективности работы реальных приложений пользователей.
  8. Оценки объема данных о структуре потока программ, исполняющихся на суперкомпьютере, и структуры этих данных.
  9. Оценки свойств различных способов хранения данных с точки зрения их пригодности для хранения необходимых объемов данных и их выборки для последующей обработки.
  10. Разработка архитектуры прототипа программной системы обеспечения эффективности функционирования суперкомпьютерных центров и определение набора его компонентов.

  11. Перечень работ, выполненных за счет внебюджетных средств:

  12. Участие в мероприятиях, направленных на освещение и популяризацию результатов ПНИ (конференции, семинары, симпозиумы, выставки и т.п., в том числе, международные).
  13. Проведение предварительных маркетинговых исследований.
  14. Ресурсное обеспечение (материально-техническое, трудовое и т.п.) коммерциализации результатов ПНИ.
Полученные результаты:
Проведены патентные исследования, которые показали, что исследуемый объект «Способ обеспечения эффективности суперкомпьютерных центров» обладает патентной чистотой. Регламент оценки патентной чистоты выполнен в соответствии с задачами патентных исследований в объеме тематического задания. Полученные результаты удовлетворяют поставленным требованиям в рамках задач патентных исследований.

Разработаны следующие методики оценок: 1) объемов и вариабельности данных о состоянии компонентов суперкомпьютера и их общего объема; 2) объема и частоты съема данных, необходимых для обеспечения бесперебойного функционирования суперкомпьютера; 3) объема данных о структуре потока программ, исполняющихся на суперкомпьютере, и структуры этих данных; 4) свойств различных способов хранения данных с точки зрения их пригодности для хранения необходимых объемов данных и их выборки для последующей обработки.

По разработанным методикам выполнены соответствующие оценки, отражающие общий объем данных, которые необходимо собирать и анализировать для получения детальной информации о состоянии современных суперкомпьютеров. Также выполнены теоретические оценки необходимого объема хранимых данных для анализа эффективности работы реальных приложений пользователей. Данные оценки показывают практическую возможность решения поставленных в рамках проекта задач.

Разработана архитектура прототипа программной системы обеспечения эффективности функционирования суперкомпьютерных центров и определен набор его

компонентов. В предложенной архитектуре прототип состоит из 4 связанных логических блоков, каждый из которых включает несколько компонентов, зачастую также связанных между собой. Предлагаемый многокомпонентный подход реализации прототипа позволит при необходимости достаточно легко наращивать функциональность, а также добавлять новые или совершенствовать существующие компоненты.

Проведены предварительные маркетинговые исследования. Выполнена работа по ресурсному обеспечению коммерциализации результатов ПНИ, а именно, была выполнена закупка первой части вычислительного и инфраструктурного оборудования для тестового полигона.

Охраноспособные РИД на отчетном периоде получены не были.
Полученные результаты соответствуют требованиям к выполняемому проекту. Продолжение работы над проектом позволит достигнуть поставленных целей за срок выполнения проекта.

Комиссия Минобрнауки России признала обязательства по Соглашению на отчетном этапе исполненными надлежащим образом.
 
• Этап № 2, период с 01.01.2015 по 30.06.2015.
Выполненные работы:
  1. Разработка требований к хранению данных о состоянии суперкомпьютеров и выполняющихся на них программ.
  2. Разработка базовой функциональности компонентов прототипа программной системы обеспечения эффективности функционирования суперкомпьютерных центров.
  3. Разработка методов формального описания программных моделей функционирования суперкомпьютерных комплексов.
  4. Разработка методов построения, анализа и оптимизации программных моделей функционирования суперкомпьютерных комплексов.
  5. Исследование и разработка механизмов распространения нештатных ситуаций.
  6. Разработка методов верификации программных моделей функционирования суперкомпьютерных комплексов.
  7. Разработка методов описания нештатных ситуаций.
  8. Разработка прототипа программных средств для определения ключевых характеристик эффективности работы реальных приложений пользователей: использования CPU, оперативной памяти, коммуникационной сети и ввода-вывод.
  9. Определение набора динамических характеристик работы суперкомпьютера, которые влияют на эффективность его работы.
  10. Разработка прототипа программных средств для получения данных о структуре потока программ, исполняющихся на суперкомпьютере.
  11. Разработка методов анализа данных о нештатных ситуациях.
  12. Определение набора метрик эффективности работы суперкомпьютера в целом и его компонентов.

  13. Перечень работ, выполненных за счет внебюджетных средств:

  14. Участие в мероприятиях, направленных на освещение и популяризацию результатов ПНИ (конференции, семинары, симпозиумы, выставки и т.п., в том числе, международные).
  15. Ресурсное обеспечение (материально-техническое, трудовое и т.п.) коммерциализации результатов ПНИ (закупка вычислительного и инфраструктурного оборудования для тестового полигона (2 часть))
Полученные результаты:
Разработана базовая функциональность компонентов прототипа программной системы обеспечения эффективности функционирования суперкомпьютерных центров. Для всех компонент приведено описание текущего состояния реализации и планируемых направлений дальнейшей разработки, а также описание предполагаемой взаимосвязи компонент между собой.

Разработаны прототипы двух компонент в составе общего прототипа: 1) прототип программных средств для определения ключевых характеристик эффективности работы реальных приложений пользователей: использования CPU, оперативной памяти, коммуникационной сети и ввода-вывода; и 2) прототип программных средств для получения данных о структуре потока программ, исполняющихся на суперкомпьютере.

Разработаны различные методы, которые на следующих этапах будут применены для реализации прототипов компонент блока обеспечения надежности и работоспособности, входящего в состав общего прототипа:
  • методы формального описания программных моделей функционирования суперкомпьютерных комплексов;
  • методы построения, анализа и оптимизации программных моделей функционирования суперкомпьютерных комплексов;
  • механизмы распространения нештатных ситуаций;
  • методы верификации программных моделей функционирования суперкомпьютерных комплексов;
  • методы описания нештатных ситуаций;
  • методы анализа данных о нештатных ситуациях.
Определен набор динамических характеристик работы суперкомпьютера, которые влияют на эффективность его работы, а также набор метрик эффективности работы суперкомпьютера в целом и его компонентов. На основе данных наборов на последующих этапах будут реализованы компоненты общего прототипа, связанные с различными аспектами эффективности работы суперкомпьютера.

Разработаны требования к хранению данных о состоянии суперкомпьютеров и выполняющихся на них программ. На основе сформулированных требований предложена схема хранения данных, и указаны соображения по ее настройке в зависимости от параметров вычислительного комплекса, данные для которого будут сохраняться.

Принято участие в различных мероприятиях, направленных на освещение и популяризацию результатов ПНИ:
  1. Всероссийский IT-форум и выставка «Импортозамещение в сфере программного обеспечения в России», г. Санкт Петербург, 12 февраля 2015 г.
  2. Международный форум «ИТ-индустрия Евразийского экономического союза. Terra incognita - перспективы сотрудничества с Латинской Америкой и Южной Африкой», г. Москва, Конгресс-центр Торгово-промышленной палаты РФ, 26 февраля 2015 г.
  3. Конференция «Инновационные информационные технологии в машиностроении», г. Владивосток, 23-27 марта 2015 г.
  4. Международная научная конференция «Параллельные вычислительные технологии (ПаВТ) 2015», г. Екатеринбург, с 30 марта по 03 апреля 2015 г.
  5. Научный форум «1-й Форум ЦОД: импортозамещение и антикризисное оснащение», г. Москва, 26 мая 2015 г.
  6. Международная научная конференция «XVIII международная конференция «ИТ-БИЗНЕС В МАШИНОСТРОЕНИИ, МЕТАЛЛУРГИИ, ТЭК И ХИМИИ», г. Москва, 02-04 июня 2015 г.
Выполнена работа по ресурсному обеспечению коммерциализации результатов ПНИ, а именно, выполнена закупка второй части вычислительного и инфраструктурного оборудования для тестового полигона.

Охраноспособные РИД на отчетном периоде получены не были.
Полученные результаты соответствуют требованиям к выполняемому проекту. Продолжение работы над проектом позволит достигнуть поставленных целей за срок выполнения проекта.

Комиссия Минобрнауки России признала обязательства по Соглашению на отчетном этапе исполненными надлежащим образом.
 
• Этап № 3, период с 01.07.2015 по 31.12.2015.
Выполненные работы:
  1. Разработка прототипа программно-технических решений сбора данных набора датчиков группы 1.
  2. Разработка прототипа программных средств для автоматизированного построения программных моделей суперкомпьютерных комплексов.
  3. Разработка методов визуализации программных моделей функционирования суперкомпьютерных комплексов.
  4. Разработка методов самотестирования программных средств обеспечения бесперебойного функционирования и уменьшения времени простоя суперкомпьютеров.
  5. Разработка программной подсистемы визуализации графиков характеристик эффективности работы реальных приложений пользователей.
  6. Разработка программной подсистемы визуализации динамических характеристик работы суперкомпьютера.
  7. Разработка программной подсистемы визуализации структуры потока программ, исполняющихся на суперкомпьютере.
  8. Разработка программных средств анализа работоспособности компонентов суперкомпьютера.
  9. Разработка методов получения метрик эффективности работы суперкомпьютера в целом и его компонентов.
  10. Разработка прототипа программно-технических решений сбора данных набора датчиков группы 2.
  11. Реализация программной подсистемы хранения данных о состоянии суперкомпьютеров и выполняющихся на них программ.
  12. Разработка программных средств для повышения надежности работы программных средств обеспечения бесперебойного функционирования и уменьшения времени простоя суперкомпьютеров.
  13. Реализация пользовательского интерфейса программных средств обеспечения бесперебойного функционирования и уменьшения времени простоя суперкомпьютеров.
  14. Разработка программной документации в соответствии с требованиями ТЗ
  15. Разработка программы и методик экспериментальных исследований прототипа программного комплекса системы обеспечения эффективности функционирования суперкомпьютерных центров.

  16. Перечень работ, выполненных за счет внебюджетных средств:

  17. Участие в мероприятиях, направленных на освещение и популяризацию результатов ПНИ (конференции, семинары, симпозиумы, выставки и т.п., в том числе, международные).
  18. Проведение маркетинговых исследований.
  19. Расходы на ресурсное обеспечение (материально-техническое, трудовое и т.п.) проведения экспериментальных (полевых, лабораторных и т.п.) исследований.
Полученные результаты:
На данном этапе разработаны все оставшиеся компоненты, входящие в состав общего прототипа обеспечения эффективности:
  • прототип программно-технических решений сбора данных набора датчиков группы 1;
  • прототип программно-технических решений сбора данных набора датчиков группы 2;
  • программная подсистема хранения данных о состоянии суперкомпьютеров и выполняющихся на них программ;
  • прототип программных средств для автоматизированного построения программных моделей суперкомпьютерных комплексов;
  • программные средства анализа работоспособности компонентов суперкомпьютера;
  • программные средства для повышения надежности работы программных средств обеспечения бесперебойного функционирования и уменьшения времени простоя суперкомпьютеров;
  • пользовательский интерфейс программных средств обеспечения бесперебойного функционирования и уменьшения времени простоя суперкомпьютеров;
  • программная подсистема визуализации графиков характеристик эффективности работы реальных приложений пользователей;
  • программная подсистема визуализации динамических характеристик работы суперкомпьютера;
  • программная подсистема визуализации структуры потока программ, исполняющихся на суперкомпьютере.
В результате к настоящему моменту завершена разработка всех программных компонент в отдельности, что позволит на следующем этапе перейти к интеграции их в единый прототип.

Также были разработаны методы, которые будут применяться в компонентах блока обеспечения надежности и работоспособности, входящего в состав общего прототипа:
  • методы визуализации программных моделей функционирования суперкомпьютерных комплексов,
  • методы самотестирования программных средств обеспечения бесперебойного функционирования и уменьшения времени простоя суперкомпьютеров
Помимо этого, на основе предложенного на прошлом этапе набора метрик были разработаны методы получения метрик эффективности работы суперкомпьютера в целом и его компонентов.

Разработана программная документация в соответствии с требованиями ТЗ по всем отдельным компонентам и по всем прототипу в целом.

Разработана программа и методики экспериментальных исследований прототипа программного комплекса системы обеспечения эффективности функционирования суперкомпьютерных центров.

Принято участие в различных мероприятиях, направленных на освещение и популяризацию результатов ПНИ:
  1. научная конференция "Летняя суперкомпьютерная академия МГУ", г. Москва, с 22 июня по 03 июля 2015 г.;
  2. международная промышленная выставка "Иннопром 2015", г. Екатеринбург, 7-11 июля 2015 г.;
  3. международная суперкомпьютерная конференция и выставка International Supercomputing Conference ISC 2015, Германия, г. Франкфурт, 13-15 июля 2015 г.;
  4. конференция "Суперкомпьютерные дни в России", г. Москва, 28-29 сентября 2015 г.
Также были проведены маркетинговые исследования и выполнена работа по ресурсному обеспечению (материально-техническому, трудовому и т.п.) проведения экспериментальных (полевых, лабораторных и т.п.) исследований.

На данном этапе была подана заявка на регистрацию программы ЭВМ №2015660907 от 11.11.2015 г. с названием «Распределенная динамическая система мониторинга суперкомпьютеров». В соответствии с требованиями ТЗ, были проведены дополнительные патентные исследования, отчет о которых приведен в приложении Е настоящего Отчета о ПНИ.
Полученные результаты соответствуют требованиям к выполняемому проекту. Продолжение работы над проектом позволит достигнуть поставленных целей за срок выполнения проекта.

Комиссия Минобрнауки России признала обязательства по Соглашению на отчетном этапе исполненными надлежащим образом.
 
• Этап № 4, период с 01.01.2016 по 30.06.2016.
Выполненные работы:
  1. Разработка независимого банка типичных нештатных ситуаций.
  2. Интеграцию разработанных компонентов и реализацию прототипа программного комплекса системы обеспечения эффективности функционирования суперкомпьютерных центров с возможностью применения в суперкомпьютерных центрах, предоставляющих доступ к системам петафлопсного уровня производительности.
  3. Проведение экспериментальных исследований прототипа программного комплекса системы обеспечения эффективности функционирования суперкомпьютерных центров.
  4. Корректировка программной документации на прототип программной системы обеспечения эффективности функционирования суперкомпьютерных центров по результатам экспериментальных исследований.

  5. Перечень работ, выполненных за счет внебюджетных средств:

  6. Участие в мероприятиях, направленных на освещение и популяризацию результатов ПНИ (конференции, семинары, симпозиумы, выставки и т.п., в том числе, международные).
  7. Расходы на ресурсное обеспечение (материально-техническое, трудовое и т.п.) проведения экспериментальных (полевых, лабораторных и т.п.) исследований.
Полученные результаты:
На данном этапе завершена программная разработка общего прототипа обеспечения эффективности.

В частности, была выполнена интеграция разработанных компонентов и проведена реализация общего прототипа программного комплекса системы обеспечения эффективности функционирования суперкомпьютерных центров. Также на примере суперкомпьютера «Ломоносов» была продемонстрирована возможность применения разработанного прототипа в суперкомпьютерных центрах, предоставляющих доступ к системам петафлопсного уровня производительности.

Также была выполнена разработка независимого банка типичных нештатных ситуаций, который предназначен для облегчения процесса создания модели суперкомпьютера при применении разработанного прототипа на новыхвычислительных системах.

Были успешно проведены экспериментальные исследования прототипа программного комплекса системы обеспечения эффективности функционирования суперкомпьютерных центров. Данные исследования показали, что разработанный общий прототип полностью удовлетворяет всем требованиям технического задания и календарного плана и обеспечивает всю требуемую функциональность на реальных суперкомпьютерных системах петафлопсного уровня производительности. В результате проведенных исследований был составлен ряд рекомендаций, которые позволяют дополнительно расширить функциональность прототипа, повысить удобство его применения и оптимизировать процесс его работы.

По результатам экспериментальных исследований (согласно предложенным рекомендациям и выполненным на их основе доработкам) была проведена корректировка программной документации на прототип программной системы обеспечения эффективности функционирования суперкомпьютерных центров.

На данном этапе было получено свидетельство №2016610292 от 11.01.2016 г. о регистрации Программы ЭВМ по поданной на прошлом этапе заявке.

Принято участие в различных мероприятиях, направленных на освещение и популяризацию результатов ПНИ:
  • IT-форум II-го Всероссийского Форума "Информационная Россия – территория диалога", г. Санкт Петербург, 11-12 февраля 2016 г.;
  • международная конференция и выставка "Mobile World Congress", Испания, г. Барселона, 22-25 февраля 2016 г.;
  • международная конференция и выставка "Embedded World", Германия, г. Нюремберг, 23-25 февраля 2016 г.
Также была выполнена работа по ресурсному обеспечению (материально-техническому, трудовому и т.п.) проведения экспериментальных (полевых, лабораторных и т.п.) исследований.

Охраноспособные РИД на отчетном периоде получены не были.
Полученные результаты соответствуют требованиям к выполняемому проекту. Продолжение работы над проектом позволит достигнуть поставленных целей за срок выполнения проекта.

Комиссия Минобрнауки России признала обязательства по Соглашению на отчетном этапе исполненными надлежащим образом.