Intel помогает прогнозировать погоду
огласно данным, полученным
специалистами Гидрометцентра России и ГВЦ Росгидромета в результате продолжавшихся
около года исследований, использование серверов на базе процессора Intel Itanium
2 с учетом их возможной кластеризации может осуществить переворот в оперативных
технологиях выпуска гидрометеорологических прогнозов подразделениями Росгидромета
территориального и регионального уровней. Вычислительные мощности, стоимость,
надежность и простота эксплуатации серверных систем на базе процессора Intel
Itanium 2 позволяют поставлять под ключ непосредственно в территориальные и
региональные прогностические подразделения Росгидромета субъектов РФ оперативные
технологические комплексы для осуществления краткосрочных и, что самое главное,
сверхкраткосрочных прогнозов с учетом конкретных географических условий. Эффект
от такого внедрения по своему значению может сравниться с тем, что был достигнут
ранее в результате оснащения гидрометслужбы персональными компьютерами, считают
специалисты Гидрометцентра России и ГВЦ (Главный вычислительный центр) Росгидромета.
По статистике, ежегодный экономический эффект от деятельности российских гидрометеорологических подразделений (предотвращение ущерба от стихийных бедствий плюс выгода от использования прогнозов в сельском хозяйстве, транспорте, строительстве и т.д.) составляет миллиарды рублей и имеет явную тенденцию к росту: от 1,5 млрд. руб. в 1996 году до 6,6 млрд. руб. в 2002 году (в сопоставимых ценах). Рост экономической эффективности гидрометеослужбы страны в немалой степени обусловлен оперативностью и точностью прогнозирования погоды и опасных гидрометеорологических явлений, что напрямую зависит от скорости и эффективности компьютерной обработки информации о состоянии атмосферы, океана и вод суши.
Современные прогностические модели используют синхронные и асинхронные глобальные комплекты данных, полученных с помощью различных систем наблюдений (в том числе спутниковых и радарных). При этом предельное время подготовки прогноза не должно превышать 5-10% от его заблаговременности.
Обмен глобальными комплектами данных наблюдений и результатами выполнения оперативных расчетов осуществляется в рамках Всемирной метеорологической организации (ВМО), объединяющей национальные гидрометеорологические службы разных стран. Гидрометцентр России, ГВЦ Росгидромета и ГРМЦ (Телекоммуникационный центр Росгидромета) образуют Мировой метеорологический центр в г.Москве (ММЦ Москва) — один из трех мировых центров ВМО (два других расположены в Вашингтоне и Мельбурне).
Для выполнения задач Росгидромета на региональном уровне высокую эффективность (с учетом возможной кластеризации) показали 2- и 4-процессорные серверы на платформе Intel Itanium 2. По мнению специалистов ГВЦ Росгидромета, их внедрение позволит:
• ускорять обработку данных наблюдений наземных, морских, авиационных и спутниковых систем;
• обрабатывать массивы цифровых данных высокого разрешения от метеорологических радаров и спутников;
• выполнять расчеты по моделям непосредственно в регионах, включая решение нового класса задач, учитывающих региональные особенности;
• проводить оценку риска возникновения опасных гидрометеорологических явлений по ансамблю прогнозов.
Эффект от внедрения серверов на базе процессора Intel Itanium 2 позволит в значительной мере:
• улучшить качественные характеристики прогностической продукции (например, оправдываемость прогнозов и штормовых предупреждений), а также наладить выпуск прогностической информации в более конкретном и адаптированном к требованиям потребителей виде;
• расширить номенклатуру прогностических продуктов и обеспечить появление новых видов прогнозов, в том числе по новым прогнозируемым характеристикам, новым более жестким критериям оправдываемости, с повышенной заблаговременностью и др.;
• повысить оперативность подготовки и представления потребителям прогностической
информации. 
Повышение качества и достоверности информационной продукции гидрометслужбы
России дает ощутимый экономический эффект, который многократно окупает инвестиции
в техническое перевооружение Росгидромета. Шаг, к которому в настоящее время
готовятся специалисты ММЦ Москва, связан с реализацией вычислительных алгоритмов
с существенной степенью распараллеливания. В рамках этих работ Росгидромет в
сотрудничестве с корпорацией Intel создал экспериментальный кластерный стенд
на базе процессоров Intel Itanium 2 для отработки технологий распараллеливания
оперативных схем под вычислительные средства следующего поколения. Это позволяет
специалистам ММЦ Москва опробовать одну из самых современных высокопроизводительных
вычислительных платформ, начать работы по адаптации программного обеспечения
в новой среде, а также уже сегодня приступить к реализации новых элементов прогностических
моделей.
В настоящий момент в ГВЦ Росгидромета в оперативной практике используется система
CRAY-YMP, установленная в 1996 году. В ходе исследований проведена сравнительная
оценка времени расчетов по неадиабатической региональной схеме прогноза на 48
часов основных метеорологических величин и осадков в сигма-системе координат
по территории РФ. Модель включает достаточно полный пакет параметризации подсеточных
физических процессов (расчет радиационных потоков видимого, инфракрасного и
длинноволнового излучений, блоки решения уравнения теплового баланса и задачи
приземного подслоя, эволюционное уравнение для энергии турбулентных пульсаций).
Использование в модели 30 расчетных уровней по вертикали позволяет усваивать
исходные данные по ветру и геопотенциалу в нижней стратосфере (уровни 30, 50
и 70 гПа) и более детально описывать пограничный слой атмосферы. Исследование
показало, что расчеты по модели с разрешением 75 км на ЭВМ CRAY-YMP при использовании
8 векторных процессоров требуют 40 минут, тогда как аналогичный расчет на 2-процессорном
сервере на базе процессора Intel Itanium 2 занимает всего 8 минут. Таким образом,
появились резервы времени оперативного счета, позволяющие усложнить физику модели
и более точно рассчитывать радиационные притоки тепла. Данное уточнение увеличивает
объем вычислений почти в 4 раза. В результате если уточненный вариант на CRAY-YMP
был просчитан за 2 часа, то расчет задачи на 2-процессорном сервере на базе
процессора Intel Itanium 2 занял всего 25 минут. При этом, как утверждают специалисты
по программному обеспечению корпорации Intel, это время можно сократить до 15-18
минут.
Согласно оценке специалистов Гидрометцентра России и ГВЦ Росгидромета, для развития прогностических технологий ММЦ Москва и выведения их на требуемый в современных условиях уровень необходимы мощности с суммарной производительностью как минимум 4 терафлопа. Как отметил президент российского представительства корпорации Intel Стив Чейз, «платформа на базе процессора Intel Itanium 2 зарекомендовала себя как решение, оптимальное с точки зрения производительности, надежности, масштабируемости в кластерах и обладающее неоспоримым преимуществом перед иными решениями по цене и совокупной стоимости владения». По оценкам аналитической компании Aberdeen Group, кластерные системы на базе процессоров Intel уже в ближайшие три года займут как минимум 80% рынка высокопроизводительных вычислительных систем. Системы на основе процессоров Intel используются в более чем 200 суперкомпьютерах во всем мире, число суперкомпьютеров на базе процессоров Intel в рейтинге Top500 за три последних года увеличилось с 3 до 56, причем 33 из них впервые появились в списке Top500 в ноябре 2002 года. В связи с этим, как сказал Стив Чейз, «Intel приветствует исследования Росгидромета — одной из наиболее перспективных организаций для внедрения высокопроизводительных вычислительных решений (HPC-решений), к тому же накопившей огромный опыт и располагающей серьезным интеллектуальным потенциалом. Данный проект — первый в мире в области метеорологии и первый HPC-проект в России, в рамках которого используется техника класса Intel Itanium 2».
