Национальный центр сверхкомпьютерных приложений: история и развитие

Введение

Национальный центр суперкомпьютерных приложений (NCSA) — это государственно-федеральное партнерство, созданное для разработки и внедрения киберинфраструктуры национального масштаба, способствующей развитию исследований, науки и инженерии в Соединенных Штатах, а также предоставляющей высокопроизводительные вычислительные ресурсы исследователям по всей стране. Поддержка NCSA осуществляется Национальным научным фондом и штатом Иллинойс.

Организация, занимающаяся прикладными суперкомпьютерными исследованиями, базирующаяся в штате Иллинойс.

Центр с тем же названием в Болгарии.

История

NCSA является одним из пяти первоначальных центров в Программе суперкомпьютерных центров Национального научного фонда. Идея создания NCSA и четырех других суперкомпьютерных центров возникла из-за разочарования основателя NCSA, Ларри Смарра, который в 1982 году опубликовал влиятельную статью под названием «Нехватка суперкомпьютерных ресурсов в американских университетах», после того как ему пришлось летом ехать в Европу для доступа к суперкомпьютерам и проведения своих исследований. Смарр подготовил предложение по удовлетворению будущих потребностей научных исследований. К нему присоединились семь других профессоров Иллинойсского университета в качестве соруководителей, а многие другие предоставили описания того, чего можно было бы достичь в случае одобрения предложения. Предложение, известное как «Черное предложение» (по цвету обложки), было представлено в NSF в 1983 году. Оно соответствовало требованиям NSF, и его содержание сразу же вызвало большой интерес. Однако у NSF не было организации для его поддержки, и в самом предложении не было четко определено место для его реализации. В 1984 году NSF создало Управление научных вычислений и, при активной поддержке Конгресса, объявило общенациональный конкурс на финансирование сети суперкомпьютерных центров, подобных описанному в «Черном предложении». В результате были созданы четыре суперкомпьютерных центра (Корнелл, Иллинойс, Принстон и Сан-Диего), а пятый (Питтсбург) был добавлен позднее. «Черное предложение» было одобрено в 1985 году, что ознаменовало основание NCSA с финансированием в размере 42 751 000 долларов с 1 января 1985 года по 31 декабря 1989 года. Это также было примечательно тем, что одобрение NSF не запрошенного предложения было беспрецедентным случаем. NCSA открыла свои двери в январе 1986 года. В 2007 году NCSA получила грант от Национального научного фонда на создание суперкомпьютера «Blue Waters», способного выполнять квадриллионы вычислений в секунду, что соответствует уровню производительности, известному как петаскаль.

Черное предложение

"Черное предложение" представляло собой краткое, десятистраничное предложение о создании суперкомпьютерного центра, которое в конечном итоге привело к финансированию от Национального научного фонда (NSF) для создания сети суперкомпьютерных центров, включая Национальный центр суперкомпьютерных приложений (NCSA) при Университете Иллинойса. В этом смысле нельзя отрицать значительную роль, сыгранную правительством США в финансировании центра и первого широко распространенного веб-браузера (Mosaic от NCSA). В "Черном предложении" описывались ограничения, с которыми сталкивались научные исследования, требующие вычислительных ресурсов, и представлялся образ будущего продуктивного научного сотрудничества, основанного на всеобщем доступе к компьютерам, где технические ограничения для научных исследований отсутствовали бы. Важно отметить, что в предложении был четко сформулирован план перехода от текущего состояния к этому будущему. Предложение называлось "Центр научных и инженерных суперкомпьютерных вычислений" и состояло из десяти страниц. Видение вычислительного будущего, представленное в предложении, в то время было необычным или вовсе отсутствовало, но его элементы, такие как визуализация, рабочие станции, высокоскоростной ввод-вывод, хранение данных, разработка программного обеспечения и тесное сотрудничество с многопрофильным сообществом пользователей, стали обыденностью. Современные читатели "Черного предложения" могут получить представление о мире, которого больше не существует. Сегодня компьютеры просты в использовании, а Интернет повсеместен. Сотрудники высокотехнологичных компаний получают доступ к суперкомпьютерам просто по факту трудоустройства. Компьютеры доступны практически всем, независимо от возраста, и могут применяться практически для любых целей. В то время, когда писалось предложение, компьютеры были доступны немногим. Ученым, нуждающимся в компьютерах для своих исследований, доступ был затруднен или вовсе отсутствовал. Это оказывало разрушительное воздействие на науку. Чтение публикаций того времени не дает понять, что ученым приходилось изучать сложные технические детали доступного компьютерного оборудования, что ограничивало их исследования и было чрезвычайно утомительным отвлечением от их профессиональных интересов. Реализация "Черного предложения" сыграла ключевую роль в формировании современных компьютерных технологий, а его влияние на научные исследования (и не только) было огромным. Описание в предложении передовых научных исследований может показаться суровым, а ограничения на использование компьютеров в крупных университетах – неожиданными. Обширный список суперкомпьютеров мира демонстрирует лучшие ресурсы, доступные в то время. Основная идея предложения может показаться очевидной сейчас, но тогда она была новаторской. Национальный научный фонд объявил о финансировании суперкомпьютерных центров в 1985 году; первый суперкомпьютер в NCSA был введен в эксплуатацию в январе 1986 года. NCSA быстро привлек внимание мирового научного сообщества с выпуском NCSA Telnet в 1986 году. За этим последовал ряд других инструментов, которые, как и NCSA Telnet, были предоставлены всем желающим бесплатно. В 1993 году NCSA выпустила веб-браузер Mosaic, первый популярный графический веб-браузер, который сыграл важную роль в расширении Всемирной паутины. Mosaic был разработан Марком Андреессеном и Эриком Биной, которые впоследствии создали веб-браузер Netscape. Позже Mosaic был лицензирован компании Spyglass, Inc., которая заложила основу для Internet Explorer. Серверная часть называлась NCSA HTTPd, которая позже стала известна как Apache HTTP Server. Среди других заметных достижений NCSA – моделирование черных дыр, поддержавшее разработку LIGO в 1992 году, отслеживание кометы Хейла-Боппа в 1997 году, создание кластера PlayStation 2 в 2003 году, а также мониторинг пандемии COVID-19 и разработка вакцины против COVID-19.

The 'Black Proposal' was a short, ten page proposal for the creation of a supercomputing center that eventually led to funding from the National Science Foundation (NSF) to create supercomputing centers, including the National Center for Supercomputing Applications (NCSA) at the University of Illinois. In this sense, the significant role played by the U. S. Government in funding the center, and the first widely popular web browser (NCSA's Mosaic), cannot be denied. The Black Proposal described the limitations on any scientific research that required computer capabilities, and it described a future world of productive scientific collaboration, centered on universal computer access, in which technical limitations on scientific research would not exist. Significantly, it expressed a clear vision of how to get from the present to the future. The proposal was titled "A Center for Scientific and Engineering Supercomputing", and was ten pages long. The proposal's vision of the computing future were then unusual or non existent, but elements of it are now commonplace, such as visualization, workstations, high speed I/O, data storage, software engineering, and close collaboration with the multi disciplinary user community. Modern readers of the Black Proposal may gain insight into a world that no longer exists. Today's computers are easy to use, and the web is omnipresent. Employees in high tech endeavors are given supercomputer accounts simply because they are employees. Computers are universally available and can be used by almost anyone of any age, applicable to almost anything. At the time the proposal was written, computers were available to almost no one. For scientists who needed computers in their research, access was difficult if available at all. The effect on research was crippling. Reading publications from that time gives no hint that scientists were required to learn the arcane technical details of whatever computer facilities were available to them, a time consuming limitation on their research, and an exceedingly tedious distraction from their professional interests. The implementation of the Black Proposal had a primary role in shaping the computer technology of today, and its impact on research (both scientific and otherwise) has been profound. The proposal's description of the leading edge of scientific research may be sobering, and the limitations on computer usage at major universities may be surprising. A comprehensive list of the world's supercomputers shows the best resources that were then available. The thrust of the proposal may seem obvious now, but was then novel. The National Science Foundation announced funding for the supercomputer centers in 1985; The first supercomputer at NCSA came online in January 1986. NCSA quickly came to the attention of the worldwide scientific community with the release of NCSA Telnet in 1986. A number of other tools followed, and like NCSA Telnet, all were made available to everyone at no cost. In 1993, NCSA released the Mosaic web browser, the first popular graphical Web browser, which played an important part in expanding the growth of the World Wide Web. NCSA Mosaic was written by Marc Andreessen and Eric Bina, who went on to develop the Netscape Web browser. Mosaic was later licensed to Spyglass, Inc. which provided the foundation for Internet Explorer. The server complement was called NCSA HTTPd, which later became known as Apache HTTP Server. Other notable contributions by NCSA were the black hole simulations supporting the development of LIGO in 1992, the tracking of Comet Hale–Bopp in 1997, the creation of a PlayStation 2 Cluster in 2003, and the monitoring of the COVID 19 pandemic and creation of a COVID 19 vaccine.

Объекты

Первоначально административные офисы NCSA располагались в здании Водных ресурсов, а сотрудники были распределены по всему кампусу. Сейчас штаб-квартира NCSA находится в собственном здании, расположенном непосредственно к северу от Центра компьютерных наук Сибеля, на месте бывшего бейсбольного поля Illini Field. Суперкомпьютеры NCSA находятся в Национальном центре высокопроизводительных вычислений.

Кино и визуализация

Отдел визуализации NCSA широко известен во всем мире. Донна Кокс, руководитель Лаборатории передовой визуализации в NCSA и профессор Школы искусств и дизайна Университета Иллинойса в Урбане-Шампейне, и ее команда создали визуальные эффекты для фильма IMAX "Cosmic Voyage", номинированного на премию "Оскар", эпизодов PBS NOVA "Охота за суперторнадо" и "Бегущая Вселенная", а также документальных фильмов для Discovery Channel и материалов для CNN и NBC Nightly News. Кокс и NCSA сотрудничали с Американским музеем естественной истории для создания визуализаций высокого разрешения для юбилейной программы 2000 года в Планетарии Хейдена "Паспорт во Вселенную" и для программы "Поиск жизни: Одиноки ли мы?". Она разработала визуализации для "Театра Большого взрыва" Планетария Хейдена и работала с Денверским музеем природы и науки над созданием визуализаций высокого разрешения, основанных на терабайтах научных данных, для программы "Черные дыры: Другая сторона бесконечности" – цифровой программы для планетария, посвященной черным дырам.