vmaitComputational Mathematics and Information TechnologiesComputational Mathematics and Information Technologies2587-8999Донской государственный технический университет10.23947/2587-8999-2024-8-1-12-28vmait-132Research ArticleInformation Technologies (Информационные технологии)Развитие суперкомпьютерных технологий в ИММ РАН и ИПМ им. М.В. Келдыша РАНDevelopment of Supercomputer Technologies at the Institute of Mathematical Modelling and Keldysh Institute of Applied Mathematics of Russian Academy of Scienceshttps://orcid.org/0000-0002-9498-1457ЯкобовскийМ. В.YakobovskiyM. V.

Якобовский Михаил Владимирович, заместитель директора по научной работе

https://www.scopus.com/authid/detail.uri?authorId=57063571100

125047, Москва, Миусская пл., 4

Mikhail V. Yakobovskiy, Deputy Director for Scientific Work

https://www.scopus.com/authid/detail.uri?authorId=57063571100

4, Miusskaya Sq., Moscow, 125047

lira@imamod.ruhttps://orcid.org/0000-0002-7527-0238КорнилинаМ. А.KornilinaM. A.

Корнилина Марина Андреевна, научный сотрудник

https://www.scopus.com/authid/detail.uri?authorId=55117411600

125047, Москва, Миусская пл., 4

Marina A. Kornilina, Researcher

https://www.scopus.com/authid/detail.uri?authorId=55117411600

4, Miusskaya Sq., Moscow, 125047

mary@imamod.ruИнститут прикладной математики им. М.В. Келдыша Российской академии наукРоссияKeldysh Institute of Applied Mathematics of Russian Academy of SciencesRussian Federation202402042024811228Copyright © Якобовский М.В., Корнилина М.А., 20242024Якобовский М.В., Корнилина М.А.Yakobovskiy M.V., Kornilina M.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.cmit-journal.ru/jour/article/view/132

Представлен обзор работ в области суперкомпьютерных технологий, проводившихся в ИММ РАН и ИПМ им. М.В. Келдыша РАН. Описаны этапы развития вычислительной техники и алгоритмы, разработанные для суперкомпьютерных систем, такие как гиперболизация уравнений, балансировка загрузки, отказоустойчивость, построение динамически адаптивных расчетных сеток, рациональная декомпозиция сеток, а также некоторые прикладные и научные задачи, успешно решаемые с использованием суперкомпьютеров.

A review scientific work in the field of supercomputer technologies at the Institute of Mathematical Modelling and Keldysh Institute of Applied Mathematics is presented. Progress in supercomputer technologies, programming tools and technique (such as hyperbolization, load balancing, fault tolerance, adaptive mesh refinement, rational mesh decomposition) and several supercomputer applications are presented.

суперкомпьютерыцентр коллективного пользованиягиперболические уравнениягиперболизациябалансировка загрузкиотказоустойчивостьдинамически адаптивные расчетные сеткирациональная декомпозиция сетокsupercomputerssupercomputing resource centerhyperbolic equationshyperbolizationload balancingfault tolerancedynamically adaptive computational gridsrational mesh decompositionВыражаем искреннюю благодарность за ценные обсуждения и предоставленные материалы руководителю ЦКП ИПМ им. М.В. Келдыша РАН С.В. Полякову, а также сотрудникам ЦКП, с использованием оборудования которого выполнены многочисленные расчеты, упомянутые в данной публикации.We would like to express our sincere gratitude to S.V. Polyakov the head of Supercomputing Resource Center at the Keldysh Institute for the valuable discussions and materials provided, as well as to the team of the Center for the opportunity to use the facilities of the Center for carrying out numerous computations mentioned in this publication.ReferencesРейтинг суперкомпьютеров. URL: http://top500.org (дата обращения: 21.02.2024).Top500 Supercomputer Sites. (In Russ.). URL: http://top500.org (accessed: 21.02.2024).Елизарова Т.Г., Четверушкин Б.Н. Применение многопроцессорных транспьютерных систем для решения задач математической физики. Математическое моделирование. 1992;4(11):75–100.Elizarova T.G., Chetverushkin B.N. Application of multiprocessor transputer systems to solve problems of mathematical physics. Mathematical Modeling. 1992;4(11):75–100. (In Russ.).Галушкин А.И., Точенов В.А. Транспьютерные системы — начало становления в России ЭВМ с массовым параллелизмом. Нейрокомпьютеры: разработка, применение. 2005;3:17–28.Galushkin A.I., Tochenov V.A. Transputer systems ― the beginning of the formation of mass parallel computers in Russia. Neurocomputers: development, application. 2005;3:17–28. (In Russ.).Транспьютерные системы — начало становления в России ЭВМ с массовым параллелизмом. Сборник тезисов докладов НСКФ’2014. Переславль-Залесский: ИПС им. А.К. Айламазяна РАНС; 2014. 45 с. URL: https://2014.nscf.ru/TesisAll/0_PostMoore_Plenar/01_008_GalushkinAI.pdf (дата обращения: 21.02.2024).Transputer Systems – the Beginning of the Formation of Mass Parallel Computers in Russia. Collection of abstracts of reports NSCF’2014. Pereslavl-Zalessky: IPS named after A.K. Aylamazyan RAS; 2014. 45 p. (In Russ.). URL: https://2014.nscf.ru/TesisAll/0_PostMoore_Plenar/01_008_GalushkinAI.pdf (accessed: 21.02.2024).Гибридный вычислительный кластер K-100. URL: http://www.kiam.ru/MVS/resourses/k100.html (дата обращения: 21.02.2024)Hybrid Computing Cluster K-100. (In Russ.). URL: http://www.kiam.ru/MVS/resourses/k100.html (accessed: 21.02.2024).Давыдов А.А., Лацис А.О., Луцкий А.Е., Смольянов Ю.П., Четверушкин Б.Н., Шильников Е. В. Многопроцессорная вычислительная система гибридной архитектуры «МВС-Экспресс». Доклады Академии наук. 2010;434(4):459–463.Davydov A.A., Latsis A.O., Lutsky A.E., Smolyanov Yu.P., Chetverushkin B.N., Shilnikov E.V. Multiprocessor computing system of hybrid architecture “MVS-Express”. Reports of the Academy of Sciences. 2010;434(4):459–463. (In Russ.).Центр коллективного пользования ИПМ им. М.В. Келдыша РАН. URL: http://ckp.kiam.ru (дата обращения: 26.02.2024).Center for Collective Use of IPM named after M.V. Keldysh RAS. (In Russ.). URL: http://ckp.kiam.ru (accessed: 26.02.2024).Четверушкин Б.Н., Чурбанова Н.Г. О применении принципа геометрического параллелизма для (α−β)-итерационного алгоритма. Математическое моделирование. 1991;3(3):123–129.Chetverushkin B.N., Churbanova N.G. On the application of the principle of geometric parallelism for the (α−β)-iterative algorithm. Mathematical Modeling. 1991;3(3):123–129. (In Russ.).Абалакин И.В., Четверушкин. Б.Н. Кинетически согласованные разностные схемы как модель для описания газодинамических течений. Математическое моделирование. 1996;8(8):17–36.Abalakin I.V., Chetverushkin. B.N. Kinetic consistent difference schemes as a model for describing gas dynamic flows. Mathematical Modeling. 1996;8(8):17–36. (In Russ.).Четверушкин Б.Н. Кинетически-согласованные схемы в газовой динамике: новая модель вязкого газа, алгоритмы, параллельная реализация, приложения. Москва: Издательство МГУ; 1999. 232 с.Chetverushkin B.N. Kinetically-consistent schemes in gas dynamics: a new model of viscous gas, algorithms, parallel implementation, applications. Moscow: Moscow State University Publishing House; 1999. 232 p. (In Russ.).Четверушкин Б.Н. Гиперболическая квазигазодинамическая система. Математическое моделирование. 2018;30(2):81–98.Chetverushkin B.N. Hyperbolic quasi-gas dynamics system. Mathematical Modeling. 2018;30(2):81–98. (In Russ.).Четверушкин Б.Н., Д’Асчензо Н., Савельев А.В., Савельев В.И. Кинетическая модель и уравнения магнитной газовой динамики. Журнал вычислительной математики и математической физики. 2018;58(5):716–725.Chetverushkin B.N., D’Aschenzo N., Saveliev A.V., Saveliev V.I. Kinetic model and equations of magnetic gas dynamics. Computational Mathematics and Mathematical Physics. 2018;58(5):716–725. (In Russ.).Савельев В.И., Четверушкин Б.Н. Моделирование задач магнитной гидродинамики на высокопроизводительных вычислительных системах. Математическое моделирование. 2020;32(12):3–13.Saveliev V.I., Chetverushkin B.N. Modeling problems of magnetohydrodynamics on high-performance computing systems. Mathematical Modeling. 2020;32(12):3–13. (In Russ.).Снимок космического телескопа Хаббл. URL: https://apod.nasa.gov/apod/ap000706.html (дата обращения: 26.02.2024).Hubble Space Telescope Snapshot. (In Russ.). URL: https://apod.nasa.gov/apod/ap000706.html (accessed: 26.02.2024).Cappello F. Fault Tolerance in Petascale/Exascale Systems: Current Knowledge, Challenges and Research Opportunities. International Journal of High Performance Computing Applications. 2009;23(3):212–226.Cappello F. Fault Tolerance in Petascale/ Exascale Systems: Current Knowledge, Challenges and Research Opportunities. International Journal of High Performance Computing Applications. 2009;23(3):212–226.Четверушкин Б.Н., Якобовский М.В. Вычислительные алгоритмы и отказоустойчивость гиперэкзафлопсных вычислительных систем. Доклады Академии наук. 2017;472(1):1–5.Chetverushkin B.N., Yakobovsky M.V. Computational algorithms and fault tolerance of hyperexascale computing systems. Reports of the Academy of Sciences. 2017;472(1):1–5. (In Russ.).Четверушкин Б.Н., Якобовский М.В. Вычислительные алгоритмы и архитектура систем высокой производительности. Препринты ИПМ им. М.В. Келдыша. 2018;52:12.Chetverushkin B.N., Yakobovsky M.V. Computational algorithms and architecture of high-performance systems. Preprints of the M.V. Keldysh Institute of Applied Mathematics. 2018;52:12. (In Russ.).Chetverushkin B.N., Yakobovskiy M.V., Kornilina M.A., Semenova A.V. Numerical Algorithms for HPC Systems and Fault Tolerance Communications. Computer and Information Science. 2019;1063:34. https://doi.org/10.1007/978-3-030-28163-2_3Chetverushkin B.N., Yakobovsky M.V., Kornilina M.A., Semenova A.V. Numerical Algorithms for HPC Systems and Fault Tolerance Communications. Computer and Information Science. 2019;1063:34. (In Russ.). https://doi.org/10.1007/978-3-030-28163-2_3Корнилина М.А., Якобовский М.В. Моделирование эволюции сложных нелинейных систем на многопроцессорных вычислительных комплексах. Журнал физической химии. 1995;69(8):1545–1548.Kornilina M.A., Yakobovsky M.V. Modeling the evolution of complex nonlinear systems on multiprocessor computing complexes. Journal of Physical Chemistry. 1995;69(8):1545–1548. (In Russ.).Дородницын Л.В., Корнилина М.А., Четверушкин Б.Н., Якобовский М.В. Моделирование газовых течений при наличии химически активных компонентов. Журнал физической химии. 1997;71(12):2275–2281.Dorodnitsyn L.V., Kornilina M.A., Chetverushkin B.N., Yakobovsky M.V. Modeling gas flows in the presence of chemically active components. Journal of Physical Chemistry. 1997;71(12):2275–2281. (In Russ.).Самарский А.А. Теория разностных схем. Москва: Наука; 1989. 616 с.Samarsky A.A. Theory of Difference Schemes. Moscow: Nauka; 1989. 616 p.Якобовский М.В. Обработка сеточных данных на распределенных вычислительных системах. Вопросы атомной науки и техники. Серия Математическое моделирование физических процессов. 2004;2:40–53.Yakobovsky M.V. Processing grid data on distributed computing systems. Issues of atomic science and technology. Series Mathematical modeling of physical processes. 2004;2:40–53. (In Russ.).Якобовский М.В. Инкрементный алгоритм декомпозиции графов. Вестник Нижегородского университета им. Н.И. Лобачевского. Серия Математическое моделирование и оптимальное управление. 2005;1(28):243–250.Yakobovsky M.V. Incremental graph decomposition algorithm. Bulletin of Lobachevsky University of Nizhny Novgorod. Series Mathematical Modeling and Optimal Control. 2005;1(28):243–250. (In Russ.).Fiedler M. A property of eigenvectors of nonnegative symmetric matrices and its application to graph theory. Czechoslovak Mathematical Journal. 1975;25(100):619–633. URL: http://www3.math.tu-berlin.de/Vorlesungen/SS14/MatricesGraphsPDEs/paper_for_students/CZMathJ-25-1975-Fiedler%20copy.pdf (дата обращения: 27.02.2024).Fiedler M. A property of eigenvectors of nonnegative symmetric matrices and its application to graph theory. Czechoslovak Mathematical Journal. 1975;25(100):619–633. URL: http://www3.math.tu-berlin.de/Vorlesungen/SS14/MatricesGraphsPDEs/paper_for_students/CZMathJ-25-1975-Fiedler%20copy.pdf (accessed: 27.02.2024).Hendrickson B., Leland R. A Multilevel Algorithm for Partitioning Graphs. Supercomputing ‘95 Proceedings. San Diego, CA, 1995. URL: http://www.leonidzhukov.net/hse/2016/networks/papers/MultilevelAlgorithmPartitioningGraphs.pdf (дата обращения: 27.02.2024).Hendrickson B., Leland R. A Multilevel Algorithm for Partitioning Graphs. Supercomputing ‘95 Proceedings. San Diego, CA, 1995. URL: http://www.leonidzhukov.net/hse/2016/networks/papers/MultilevelAlgorithmPartitioningGraphs.pdf (accessed: 27.02.2024).Karypis G. Family of Graph and Hypergraph Partitioning Software. URL: http://glaros.dtc.umn.edu/gkhome/views/metis/ (дата обращения: 27.02.2024).Karypis G. Family of Graph and Hypergraph Partitioning Software URL: http://glaros.dtc.umn.edu/gkhome/views/metis/ (accessed: 27.02.2024).Pothen A., Simon H.D., Kang-Pu P.L. Partitioning Sparse Matrices with Eigenvectors of Graphs. Report RNR-89-009. July 1989. URL: http://snap.stanford.edu/class/cs224w-readings/Pothen89Partition.pdf (дата обращения: 27.02.2024).Pothen A., Simon H.D., and Kang-Pu P.L. Partitioning Sparse Matrices with Eigenvectors of Graphs. Report RNR-89-009, July 1989. URL: http://snap.stanford.edu/class/cs224w-readings/Pothen89Partition.pdf (accessed: 27.02.2024).Сухинов А.А. Математическое моделирование процессов переноса примесей в жидкостях и пористых средах. Дис. канд. физ.-мат. наук. Москва; 2009. 24 с.Sukhinov A.A. Mathematical Modeling of Impurity Transport Processes in Liquids and Porous Media. Candidate of Physical and Mathematical Sciences dissertation. Moscow, 2009. 24 p. (In Russ.).Сухинов А.А. Реконструкция экологической катастрофы в Азовском море на основе математических моделей. Математическое моделирование. 2008;20(6):15–22.Sukhinov A.A. Reconstruction of an Ecological Disaster in the Azov Sea Based on Mathematical Models. Mathematical Modeling. 2008;20(6):15–22. (In Russ.).Корнилина М.А., Якобовский М.В. Оценка накладных расходов при выполнении расчетов на локально измельчаемых сетках. Препринты ИПМ им. М.В. Келдыша. 2022;102:36. https://doi.org/10.20948/prepr-2022-102Kornilina M.A., Yakobovsky M.V. Overhead Costs Assessment for Calculations on Locally Refined Grids. Preprints of the M.V. Keldysh Institute of Applied Mathematics. 2022;102:36 p. (In Russ.). https://doi.org/10.20948/prepr-2022-102Григорьев С.К., Захаров Д.А., Корнилина М.А., Якобовский М.В. Динамическая балансировка нагрузки при использовании адаптивных локально измельчаемых сеток. Математическое моделирование. 2023;35(12):69–88. https://doi.org/10.20948/mm-2023-12-05Grigoriev S.K., Zakharov D.A., Kornilina M.A., Yakobovsky M.V. Dynamic Load Balancing Using Adaptive Locally Refined Grids. Mathematical Modeling. 2023;35(12):69–88. (In Russ.). https://doi.org/10.20948/mm-2023-12-05

The authors declare that there are no conflicts of interest present.