ИСТИНА

Представленный проект направлен на полное решение проблемы совместного анализа свойств алгоритмов и особенностей архитектуры вычислительных систем. Данная проблема многогранна, проявляется во множестве задач и исключительно важна для многих областей, что определяет ее и значимость, и актуальность. Разработка методов и инструментальных средств оценки производительности вычислительных систем, разработка технологий суперкомпьютерного кодизайна, сравнение, подбор и оценка возможностей архитектуры компьютеров, подбор вычислительной системы из доступного парка машин под класс алгоритмов, проектирование и выбор параметров архитектуры нового компьютера, разработка методов оценки и повышения качества работы суперкомпьютерных центров - конкретных задач очень много, но решение каждой из них опирается на объективную оценку соответствия свойств алгоритмов и программ особенностям вычислительных систем. Основная цель проекта – это разработка комплекса моделей, методов и программных средств для совместного анализа свойств алгоритмов и особенностей архитектуры вычислительных систем. В проекте выделяются нескольких взаимосвязанных задач, и как финальный результат - проектирование и создание масштабируемой цифровой платформы Algo500 для формирования рейтинговых списков, содержащих данные по реализациям методов и алгоритмов на вычислительных системах. Инструменты цифровой платформы должны позволять проводить комплексное исследование качества расширенной цепочки “Задача – Метод – Алгоритм – Реализация – Компьютер” на уровне любого её звена. На множестве имеющихся динамических характеристик выполнения программ создаваемая платформа ориентирована на поиск и выборку лучших по некоторому параметру, поэтому и возникает понятие “рейтинговых списков”, а аналогия со списками типа Top500 и Graph500 определила название проектируемой платформы – Algo500. Вместе с этим, в рамках данного проекта впервые предлагается практический подход, который ориентирован не на отдельные частные случаи оценки производительности как Top500/Graph500, а позволяет решить задачу в целом, давая возможность рассматривать любой алгоритм, любую вычислительную систему, менять любое звено расширенной цепочки. Определение результата проекта как цифровой платформы подчеркивает масштабность и комплексность поставленной задачи. Создаваемая платформа на основе единых стандартов объединит данные о любых алгоритмах и архитектурах компьютеров, позволит с единых позиций подходить к анализу свойств любого алгоритма применительно к особенностям любой архитектуры, позволит всему вычислительному сообществу коллективно дополнять и уточнять базу алгоритмов, их реализаций, вносить данные об их выполнении на различных вычислительных системах, формировать по запросу произвольные индивидуальные рейтинговые списки.

The proposed project is aimed at a complete solution to the problem of joint analysis of the properties of algorithms and features of the architecture of computing systems. This problem is multifaceted, manifests itself in many tasks and is extremely important for many areas, which determines its importance and relevance. Development of methods and tools for evaluating the performance of computing systems, developing technologies for supercomputer code design, comparing, selecting and evaluating the capabilities of computer architecture, selecting a computing system from an accessible fleet of machines for a class of algorithms, designing and selecting architecture parameters for a new computer, developing methods for evaluating and improving the quality of work supercomputer centers – there are a lot of specific tasks, but the solution to each of them is based on an objective assessment of compliance the properties of algorithms and programs to the features of computing systems. The main goal of the project is the development of a set of models, methods and software for a joint analysis of the properties of algorithms and architecture of computer systems. The project identifies several interrelated tasks, and as the final result – design and creation of a scalable digital platform Algo500 for the formation of rating lists containing data on the implementation of methods and algorithms on computer systems. The tools of the digital platform should allow a comprehensive study of the quality of the extended chain “Task-Method-Algorithm-Implementation-Computer” at the level of any of its links. Based on the many available dynamic characteristics of program execution, the created platform is focused on searching and selecting the best according to some parameter, therefore the concept of “ranking lists” arises, and the analogy with lists like Top500 and Graph500 defined the name of the designed platform – Algo500. At the same time, within the framework of this project, for the first time, a practical approach is proposed that is focused not on individual particular cases of performance evaluation like Top500/Graph500, but allows solving the problem as a whole, making it possible to consider any algorithm, any computer system, change any link of the extended chain. The definition of the project result as a digital platform emphasizes the scale and complexity of the task. The platform being created, on the basis of common standards, will combine data on any algorithms and architectures of computers, allow for a unified approach to the analysis of the properties of any algorithm in relation to the features of any architecture, will allow the entire computing community to collectively supplement and refine the database of algorithms, their implementations, and enter data on their implementation on various computing systems, generate, upon request, arbitrary individual ranking lists.

Будет разработан подход для формирования структурных иерархических моделей параллельных вычислительных систем, построенных на основе классических многоядерных, графических и векторных процессоров. Будет выполнена проверка функциональной полноты предложенных моделей на примерах всех суперкомпьютерных систем из списков Топ500 и Top50 самых мощных суперкомпьютерных систем мира и России. Будет представлено описание не менее 10 систем из данных списков, выполненное с помощью предложенных моделей в рамках данных классов архитектур. Будет предложена, обоснована и реализована архитектура масштабируемой цифровой платформы Algo500, объединяющей информацию о структуре алгоритмов (AlgoWiki), особенностях архитектуры компьютеров (модели процессоров и вычислительных систем, CompBase) с характеристиками выполнения программ, хранящимися в репозитории. Будет разработана технология оценки реальной производительности вычислительных систем на любых алгоритмах и программах. Чтобы отойти от существующей практики сравнения реальной производительности компьютеров лишь на фиксированном наборе бенчмарков (Линпак, алгоритмы на графах, тест HPCG и некоторых других), будут разработаны механизмы включения в оценку любых методов, алгоритмов и их реализаций. Будут разработаны и реализованы механизмы синхронизации трёх ключевых компонентов платформы Algo500: AlgoWiki, моделей компьютеров CompBase и репозитория данных. Будет показана работоспособность механизмов синхронизации в рамках платформы Algo500. Будут разработаны, описаны и реализованы методы формирования рейтинговых списков динамических характеристик программ на основе расширенной цепочки AlgoWiki: Задача-Метод-Алгоритм-Программа-Компьютер с возможностью варьировать и/или фиксировать значения на всех этапах цепочки. Будет проведена серия вычислительных экспериментов, будет представлено не менее 7 расширенных рейтинговых списков. Будет спроектирована, реализована и апробирована масштабируемая цифровая платформа Algo500 для формирования рейтинговых списков и проведения комплексного исследования качества цепочки “Задача – Метод – Алгоритм – Реализация – Компьютер” на уровне любого её звена. Проведен комплекс исследований и выполнена серия экспериментов для первичного наполнения компонент AlgoWiki, CompBase и репозитория платформы Algo500, включая описание структуры реальных алгоритмов, модели реальных вычислительных систем и реальные динамические характеристики с различных вычислительных систем.

Научный коллектив имеет существенный научный задел для реализации столь масштабного проекта: - проведение фундаментальных и прикладных исследований в области параллельных вычислений в течение более чем 30 лет, - проектирование, установка и поддержка суперкомпьютерных систем высшего диапазона производительности в рамках суперкомпьютерного комплекса Московского университета, - успешное выполнение проекта AlgoWiki, в рамках которого отработан подход к описанию структуры алгоритмов, - проектирование, запуск в 2004 году и ведение по настоящее время проекта Top50 самых мощных вычислительных систем СНГ/России.