Через 200 лет на Земле будет теплее на 3 градуса

Институт вычислительной математики Российской академии наук (ИВМ РАН), провел масштабные, не имеющие аналогов в России исследования динамики климата. Специалисты института выполнили моделирование изменений климата в XIX — XXII столетиях с помощью уникальной модели общей циркуляции атмосферы и океана, которая была разработана в ИВМ РАН и на сегодня является единственной российской математической моделью, учитывающей совместную циркуляцию атмосферы и глубокого океана.

В качестве вычислительной платформы специалистами ИВМ РАН был использован кластер на базе процессоров Intel Itanium 2, установленный в ИВМ РАН год назад, обладает пиковой производительностью около 80 гигафлоп (миллиардов операций с плавающей запятой в секунду) и состоит из восьми 2-процессорных вычислительных узлов rx2600 производства Hewlett-Packard на базе процессора Intel Itanium 2 с тактовой частотой 1,3 ГГц. Каждый узел раcполагает оперативной памятью емкостью 2 ГБ и дисковой подсистемой емкостью 36 ГБ.

Расчеты изменений климата, осуществленные в рамках данного проекта, проводились со<скоростью>10 лет модельного времени за сутки реального времени. Атмосферный блок модели имел разрешение 5х4 градуса по долготе и широте и 21 уровень по вертикали, в океане разрешение составило 2,5х2 градуса и 33 уровня по вертикали. Для воспроизведения климата XIX-XX столетий и моделирования климата XXI-XXII столетий задавался временной ход концентрации парниковых газов (углекислого газа, метана, закиси азота), вулканического и антропогенного аэрозоля, солнечного излучения, наблюдавшихся до сих пор, а также прогноз изменения концентрации радиационно активных газов согласно сценарию SRES A1. При этом учитывалось, что содержание углекислого газа к 2100 году должно вырасти примерно вдвое по сравнению с 2000 годом, а в течение XXII века концентрация СО2 и остальных газов считается постоянной.

Расчет динамики изменения температуры приповерхностного воздуха за последние 130 лет показал, что модель достаточно точно воспроизводит как абсолютную величину наблюдаемого потепления за этот период (0,6-0,7 градуса), так и некоторые особенности временного хода — например, замедление потепления в 1950-1970 годах. Таким образом, была проведена своего рода проверка модели ИВМ РАН на точность расчетов заданных показателей.

<В РФ изучением изменения климата в зависимости от различных факторов занимаются подведомственные институты Росгидромета и Российской академии наук. Но совместная математическая модель общей циркуляции атмосферы и глубокого океана создана в нашей стране только в Институте вычислительной математики РАН, — подчеркнул директор ИВМ РАН академик Валентин Павлович Дымников. — Наша модель, без преувеличения, является уникальной для России, а по некоторым характеристикам — например, по чувствительности — превосходит зарубежные модели. Разумеется, на Западе подобные расчеты также проводятся, причем зарубежные коллеги располагают куда более мощными вычислительными ресурсами. Однако то, что наши специалисты не могут сделать в силу отсутствия колоссальных выделенных вычислительных ресурсов, требуемых для расчетов подобного рода, мы компенсируем математическими алгоритмами>.

Совместная работа сотрудников ИВМ РАН и Intel, в том числе из подразделения Software System Group (SSG) нижегородского Центра исследований и разработок Intel, позволила оптимизировать расчетную модель ИВМ РАН и значительно уменьшить время вычислений. Как показали сравнительные исследования, расчет математической модели циркуляции атмосферы и океана на однопроцессорной системе на базе процессора Intel Itanium 2 с тактовой частотой 1,3 ГГц осуществляется в 1,7 раза быстрее, чем на вычислительной RISC-системе MBC-1000М, установленной в Межведомственном суперкомпьютерном центре, в расчете на один процессор.

<Наличие собственного многопроцессорного вычислительного комплекса для решения задач моделирования климата и окружающей среды совершенно необходимо, — убежден В.П. Дымников. — Наш институт участвует во многих международных программах по исследованию климата системы<атмосфера-океан-биосфера>с помощью математических моделей и в связи с этим имеет многочисленные международные обязательства. Установленный в ИВМ РАН кластер на базе процессора Intel Itanium 2 полностью удовлетворяет нашим требованиям. Этот кластер позволит нам значительно сократить время, затрачиваемое на вычислительные эксперименты, и решать более сложные задачи>.

<Современная наука немыслима без высокопроизводительных вычислительных систем, позволяющих реализовывать математические модели и получать расчетные результаты, максимально приближенные к реальным, — заявил вице-президент, генеральный управляющий бизнесом Intel в регионе EMEA Кристиан Моралес. — Платформа Intel Itanium 2 зарекомендовала себя как оптимальная вычислительная база для решения многих задач, в том числе научных. Коммерческие компании, научные и правительственные структуры инвестируют в системы на базе процессора Intel Itanium 2, обеспечивающие максимальную окупаемость инвестиций в информационные технологии и обладающие выдающимся уровнем производительности, недостижимым для существующих RISC-систем>.

<Платформа Intel Itanium 2 перестала быть экзотикой и прочно вошла во все сферы, где требуются высокопроизводительные расчеты, — отметил Вячеслав Елагин, директор Центра компетенции по передовым серверным платформам Intel, открытого на базе компании i-Teco около 3 лет назад совместно с Intel и Hewlett-Packard. — Нынешние исследования ИВМ РАН — один из многих примеров того, что архитектура Intel Itanium 2 не просто активно внедряется в России, но и уже приносит весьма ощутимые плоды>. Согласно планам ИВМ РАН, в самом ближайшем будущем институтский кластер будет расширен вдвое, что позволить расширить спектр сценариев, используемых при расчете изменений климата в XXI — XXII столетиях. Суперкомпьютеры на базе процессоров Intel Itanium ставят новые рекорды не только в России. В США успешно завершен проект<Колумбия>, в рамках которого в национальном агентстве США по аэронавтике и космическим исследованиям (NASA) был введен в строй самый мощный в мире суперкомпьютер, также созданный на платформе Intel Itanium 2 корпорациями Intel и SGI. Проект, на который ушло менее полугода, позволил создать вычислительную систему с рекордной на сегодняшний день производительностью — 42 Тфлоп (42 триллиона операций с плавающей запятой в секунду) и повысить производительность вычислительных систем НАСА на порядок. Основная цель проекта<Колумбия>— создание интегрированной среды вычислений, визуализации и хранения данных, оптимизированной для задач NASA. Новый суперкомпьютер позволит NASA начать новые важнейшие проекты в области наук о жизни и космосе, систем для исследований, средств безопасности и аэронавтики.