Cloud Service for Solution of Multiscale Nanotechnology Problems on Clusters and Supercomputers

Abstract

ОБЛАЧНЫЙ СЕРВИС ДЛЯ РЕШЕНИЯ МНОГОМАСШТАБНЫХ ЗАДАЧ НАНОТЕХНОЛОГИИ НА КЛАСТЕРАХ И СУПЕРКОМПЬЮТЕРАХ* В настоящее время научно-технический прогресс связан с решением актуальных проблем нанотехнологии. Большая часть задач нанотехнологии исследуется методами математического моделирования с помощью высокопроизводительной вычислительной техники. В последние годы такое моделирование проводится в рамках облачных технологий. Во всем мире создаются платные и бесплатные облачные сервисы, предоставляющие широкие возможности для моделирования свойств микро-и наносистем, имеющих перспективы применения в различных отраслях промышленности. В данной работе представляется облачный сервис, предназначенный для решения на кластерных и суперкомпьютерных системах многомасштабных задач нанотехнологии актуальных для развития современной электроники. Мотивацией к созданию облачного сервиса была необходимость интеграции идей и знаний по данной прикладной проблеме, специалистов по решению задач данного класса на суперкомпьютерных системах, различных технологий моделирования и множества пакетов прикладных программ, а также различных вычислительных ресурсов, имеющихся у авторов и их партнеров. В результате создан прототип облачной среды, реализованный в виде сервиса KIAM Multilogin и прикладного программного обеспечения доступного из виртуальных машин пользователей. Первым приложением сервиса стал комплекс параллельных программ для суперкомпьютерного моделирования нелинейных газодинамических процессов в микроканалах технических систем. На его примере удалось исследовать проблемы и определить пути реализации систематических суперкомпьютерных расчетов задач данного класса. Предложенная реализация сервиса позволила обеспечить отказоустойчивые масштабные вычисления нескольких вариантов задачи на множестве кластеров и суперкомпьютеров, имеющих различное месторасположение и архитектуру, а также провести детальный анализ полученных численных результатов. Разработанные средства позволяют выполнять расчеты с минимальным вмешательством пользователя. Обеспечивается автоматическая миграция данных между вычислительными кластерами и перезапуск программ в целях продолжения расчета. Промежуточные и результирующие данные с активной вычислительной системы передаются в фоновом режиме в централизованное хранилище. Контрольные точки дополнительно копируются на все дополнительные вычислительные системы. Анализ работы среды управления KIAM Job_Control показал, что потери времени, связанные с передачей данных между кластерами и перезапуском задач, сократились примерно в 2.5-3 раза по сравнению с ручным управлением со стороны пользователя. Облачный сервис; виртуализация; управление ресурсами; задачи нанотехнологии; многомасштабное компьютерное моделирование нелинейных газодинамических процессов в микроканалах технических систем. * Работа выполнена при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (проекты №№ 15-29-07090-офи_м, 15-07-06082-а, 16-07-00519-а). Известия ЮФУ. Технические науки Izvestiya SFedU. Engineering Sciences 104Nowadays a scientific and tec...

Estimation of the workload of a hybrid computing cluster when performing modeling tasks in materials science

“…Для решения междисциплинарных научных задач в том числе в области материаловедения, биомедицинской химии, оптимизации [6], предлагается метод предоставления ресурсов вычислительных комплексов как облачных сервисов цифровой платформы [7][8][9]. Особенностью функционирования цифровой платформы в части предоставления услуг Отметим, что существует различие между теоретически возможной производительностью компонентов и комплекса в целом (пиковая производительность) и практически достижимыми результатами.…”

“…Пиковая производительность вычислительного узла гибридного высокопроизводительного вычислительного комплекса вычисляется по формуле (8).…”

Cloud service for solution of perspective nanotechnology problems

“…Для решения задачи в предыдущие два года была разработана и реализована облачная платформа KIAM Multilogin, позволяющая получить доступ к создаваемой среде моделирования. Архитектура платформы и отдельные компоненты достаточно подробно освещались в работах [1][2][3]. Прикладная часть сервиса была представлена параллельной программой Flow_and_Particles, предназначенной для многомасштабного молекулярного моделирования процессов взаимодействия частиц газа со стенками микро-каналов технических систем.…”