Становление и развитие базовых компьютерных ресурсов ВЦ.

Минск-2 - самая первая в ИФВЭ вычислительная машина ( с быстродействием 5 тыс. операций/с, оперативной памятью 20 Кбайт).

В дальнейшем физики Института работали на отечественных ЭВМ Минск-22, М-220, БЭСМ-4, БЭСМ-6, Минск-32, ЕС-1040, ЕС-1045, многие из которых использовались в режиме реального времени для связи с экспериментальными установками (Лептон - 1976 г., ФОДС - 1977 г.). Эти машины модернизировались сотрудниками отдела с учётом потребности линий связи. Было создано специализированное программное обеспечение.

К 2005 году сдана в эксплуатацию ферма Плеяды (М45), состоящая из 40 вычислительных узлов Depo NEOS 360 P4 2,4GHz HT; 6 серверов Depo Storm 3100 2Xeon 2,8GHz HT и 8 вычислительных узлов INTEL P4 3,0GHz HT. Её суммарная производительность составляет 50000 SpecCint2000 (~4545,5 SpecInt95) и полным объёмом дисковой памяти 5040ГБ. Эта ферма превосходит "Минск-2" по быстродействию почти в 35 млн. раз



Динамика роста вычислительных ресурсов ВЦ ИФВЭ с момента его основания показана на рисунках:
Период 1965-1990 г. Новое окно

Период 1990-2005 г. Новое окно

В ней можно выделить несколько определяющих этапов. В процессе расширения международного сотрудничества появилась возможность использования программ, созданных в зарубежных научных центрах для обработки и анализа данных, но это требовало наличия соответствующих ЭВМ, которые не выпускались у нас в стране. Выбор был сделан в пользу английских ЭВМ серии ICL (1972). Это на два порядка увеличило вычислительные мощности Института, но, самое главное, появились новые возможности - операционная система современной архитектуры, широкий набор трансляторов с обширными библиотеками, системные средства, позволяющие использовать ресурсы ЭВМ в режимах мультипрограммирования, разделения времени, пакетной обработки и в реальном масштабе времени с гибкими средствами запуска и диагностики заданий. Важно подчеркнуть, что приобретение этой техники оказало существенное влияние на уровень персонала ВЦ и на его подход к будущим задачам.

В 1977 году была введена в работу ЭВМ DEC-10, на базе которой были созданы автоматизированные системы обработки снимков с пузырьковых камер RTFAS (Real Time Film Analysis System) и COSDES (Comprehensive Operating System for Device Servicing), что позволило ИФВЭ войти в число крупнейших в мире центров по обработке данных со всех основных больших пузырьковых камер ("Мирабель", СКАТ, 15-футовая камера FNAL, BEBC).

На этом этапе (1970-1980) был сформирован и обучен штат специалистов (инженеров, системных и прикладных программистов, электромехаников и операторов), ставший основой квалифицированного коллектива ОМВТ. О напряжённости работы вычислительного комплекса можно судить по таким цифрам. Загрузка процессоров составляла более 90%. За год осуществлялось около 115 тысяч постановок магнитных лент, из общего архива более 30 тысяч. Пропускалось более 100 тыс. заданий пользователей в год. Ежемесячный расход бумаги для выдач на печать составлял, в среднем, 1,5 тонны.

Сопровождение и развитие операционных систем

Первой "операционной системой" стала мониторная система ИФВЭ-68, разработанная коллективом программистов ИФВЭ в конце 60-х годов. Эта система использовалась не только в ИФВЭ, но и на других предприятиях, как в СССР, так и за рубежом. Помимо прочих компонент в состав системы ИФВЭ-70 входил транслятор с Фортрана, который также был разработан в ИФВЭ.

В 80-е годы велись работы по повышению производительности программ, в основе которых лежат измерения поведения программ во время их выполнения, анализ этого поведения и реорганизация программ, либо усовершенствование частей программ, приводящих к дефектам производительности. В результате применения реализованных методов потребление процессорного времени для ряда программ уменьшилось в 1,5-5 раз, а количество страничных отказов - в 2-10 раз.

Программистами ИФВЭ была разработана и реализована система программирования смешанного типа КОМИС, использовавшаяся при интерактивной и логической отладке прикладных программ. Для обеспечения диалоговой отладки подпрограмм на Фортране в КОМИС было реализовано взаимодействие по меткам откомпилированных подпрограмм. В 1981 году под ОС GEORGE была создана новая система компиляции с языка ФОРТРАН, соответствующая мировым стандартам. С помощью этой системы в сжатые сроки были выполнены работы по адаптации программ обработки данных, полученных на Европейском Гибридном Спектрометре.

В последнее время в связи с увеличением объёма физических данных большую важность приобретают системы хранения информации. В 2002 году была установлена и запущена в эксплуатацию иерархическая система хранения данных CASTOR, которая была разработана в CERN.

В настоящее время в ИФВЭ на базовых ЭВМ используются операционные системы: OpenVMS, Tru64 UNIX, LINUX, Windows

Сопровождение и развитие сетевого программного обеспечения

В начале 80-х годов активно велись разработки многомашинных вычислительных комплексов. Было разработано программное обеспечение передачи данных между ЭВМ ICL и БЭСМ-6. Это позволило использовать магнитные накопители (магнитофоны и диски) ICL-1900 для хранения информации с БЭСМ-6 и удалённый запуск заданий.

Важным моментом в жизни ИФВЭ стало создание собственного почтового сервера на ЭВМ µ VAX-II в 1991 г., что дало возможность обмениваться электронными письмами со всем миром. В 1992 г. были проведены экспериментальные подключения ИФВЭ к сети RELCOM, и в 1993 г. - осуществлён ввод в действие сетевой связи с внешним миром по протоколам Internet (TCP/IP). С этого времени физики ИФВЭ получили возможность обмениваться со своими коллегами из других физических центров не только электронными письмами, но и экспериментальными данными и программами обработки. В настоящее время поток электронных писем составляет в среднем 4500 в день. Но после подключения ИФВЭ к сети Internet возникли и проблемы: компьютеры Института начали становиться объектами для атак хакеров; по электронной почте стали приходить письма, зараженные компьютерными вирусами. Борьба с этими явлениями потребовала дополнительных усилий. Для обнаружения и отражения атак хакеров ведётся постоянный мониторинг сети ИФВЭ. В целях борьбы с вирусами на почтовом шлюзе ИФВЭ было установлено специализированное программное обеспечение. Благодаря этому за период с начала 2002 года было обнаружено и остановлено около 5 тыс. писем с вирусами.

В настоящее время в сети ИФВЭ насчитывается более 1000 разнородных компьютеров, которые имеют выход в Internet либо непосредственно, либо через Proxy-сервер. Пользователи имеют возможность получать почту не только на базовых компьютерах ИФВЭ, но и на своих персональных компьютерах. Работа сети во многом зависит от стабильной работы сетевых сервисов, таких как служба доменных имен, различные почтовые службы, службы маршрутизации, и т.д. Настройка всех этих служб, конфигурирование сетевых коммутаторов, маршрутизаторов, мониторинг состояния сети ИФВЭ - всё это является заботой ОМВТ.

Развитие информационных технологий .

В ИФВЭ первый WWW сервер был создан 1994 г. В начале 1996 года были начаты работы по созданию нового сайта ИФВЭ. В настоящее время почти каждая лаборатория Института имеет свои Веб-страницы, Развитие WWW технологии постоянно продолжается, появляются все новые возможности доступа к Базам Данных, вычислительным ресурсам, и т.п.

Начиная с 2001 года, вместе с НИИЯФ МГУ, ИТЭФ, ОИЯИ (Дубна), ИЯИ (Троицк) ИФВЭ принимает участие в международном проекте "European Data Grid" и его региональном воплощении РИВК-БАК (Российский информационно-вычислительный комплекс по обработке и анализу данных экспериментов на Большом адронном коллайдере). Этот проект поможет получить доступ к распределённым компьютерным мощностям и хранилищам данных, принадлежащим разным институтам и лабораториям. В рамках работ по данному проекту в ИФВЭ был создан кластер на основе компьютеров на процессорах Pentium-III, работающих под управлением ОС LINUX.

Система мониторирования и автоматизации экспериментов.

В 1978-1981гг. совместно с другими подразделениями ИФВЭ проводились работы по созданию автоматизированной системы обработки снимков - RTFAS. Эта система в течение нескольких лет использовалась в промышленном режиме для первичной обработки снимков в экспериментах на пузырьковых камерах "Мирабель", ВЕВС, СКАТ.

Технической базой системы являлся программируемый комплекс технических средств на базе разработанных в ЛОМО просмотрово-измерительных проекторов, оснащённых мини-ЭВМ PDP8/E и работающих on-line с центральной ЭВМ DEC-10. Для управления проекторами был разработан набор специализированных электронных модулей.

Специально разработанное программное обеспечение на мини-ЭВМ обеспечивало сбор данных с измерительных датчиков, управление устройствами проектора, диалог с оператором и контроль его деятельности, а также обмен информацией с центральной ЭВМ. При этом проектор, оснащённый мини-ЭВМ, рассматривался с точки зрения центральной ЭВМ как "интеллектуальный терминал" (абстрактный проектор).

Программное обеспечение центральной ЭВМ было построено по принципу функциональной декомпозиции: различные функции выполнялись отдельными программами, работающими в режиме разделения времени и взаимодействующими между собой через межпрограммный канал связи.

Для обеспечения информацией в реальном времени о текущем состоянии ускорительного комплекса в 2001 году была разработана специальная система мониторинга на основе WEB-технологий. Она позволяет собирать информацию с различных установок, отображать её в интранете по адресу (http://muk.ihep.su), а также предоставлять её в реальном времени заинтересованным клиентам с помощью специального протокола. В настоящее время ведутся работы по информационному мониторингу экспериментальных установок.

Программное обеспечение для проведения исследований в теоретической физике.

Решение квантовомеханической задачи трёх тел представляет большой интерес для описания различных физических процессов, в частности, для задач атомной и мезоатомной физики, квантовой химии, спектроскопии барионов и др.

Одним из перспективных направлений решения этой задачи является адиабатический гиперсферический подход. Теоретическая разработка и усовершенствование этого подхода, создание оптимальных алгоритмов его численной реализации, аналитическое исследование получаемых решений позволили создать систему эффективных методов и программ расчёта энергий и собственных функций связанных состояний, упругих и не упругих сечений различных процессов в системе трёх тел. Разработаны оригинальные методы изучения квазистационарных состояний. Для приложений мезоатомной физики были проведены прецизионные вычисления слабосвязанных состояний в мезомолекулах изотопов водорода, актуальные в связи с проблемой мюонного катализа ядерных реакций синтеза. Получены вероятности кулоновской предиссоциации ионов (3,4) Hexµ и вероятности ядерной реакции синтеза из резонансных состояний этих систем для x = p, d, t. Проведены расчёты и исследования сечений реакций рассеяния атомов изотопов водорода на ядрах изотопов водорода. Также, впервые были разработаны численные алгоритмы и программы прямого решения задачи без разделения переменных.

Другое направление численных исследований в теоретической физике связано с решением проблем КХД методами численного моделирования (КХД на решетке). Основным инструментом получения физических результатов этим методом является компьютерное моделирование, требующее больших вычислительных ресурсов и разработки эффективных численных алгоритмов. В результате применения оригинальных методов оптимизации для решения задач исследования вакуума был получен ряд важных результатов, признанных наиболее точными и достоверными.

Эволюция компьютерных сетей в ИФВЭ.

В современном мире использование компьютерных сетей является неотъемлемой частью стремительного процесса информатизации общества, сфера их приложения охватывает все виды человеческой деятельности.

С момента появления ЭВМ встал вопрос о передаче информации между отдельными компьютерами и рациональном распределении ресурсов ЭВМ и, по существу, явился стимулом появления компьютерных сетей.

Развитие сетевой и информационно-вычислительной инфраструктуры велось в соответствии с требованиями научно-исследовательских программ, современными тенденциями в области обеспечения рабочих мест исследователей, свободного доступа к мировым информационным и вычислительным ресурсам. Структура сети ИФВЭ представлена на рисунке ( на декабрь 2002г.):Новое окно

Далее представлена динамика развития компьютерных сетей ИФВЭ в хронологической последовательности.

После ввода в эксплуатацию ЭВМ Минск-22 в 1968 г. была реализована связь в линию с экспериментальной установкой - сцинтилляционным годоскопом, разработанным в ИФВЭ.