Просмотр исходного текста страницы Научные вычисления на процессорах «Эльбрус» (Александр Зубанков, OSSDEVCONF-2025)

;{{SpeakerInfo}}: {{Speaker|Александр Зубанков}}
<blockquote>
Обработка результатов измерений и моделирования процессов в современной науке требует сложных компьютерных вычислений. Программное обеспечение для проведения таких расчётов поддерживается для широко используемых архитектур <code>x86_64</code> и <code>aarch64</code>, а с недавнего времени для перспективных <code>riscv</code> и <code>loongarch64</code>.
Однако, зачастую ПО требует портирования для работы на отечественных процессорах Эльбрус с архитектурой e2k.

В работе рассматривается портированное на Эльбрус ПО, позволяющее проводить анализ данных и моделирование. Особое внимание уделено фреймворку ROOT, разрабатываемому в CERN как инструмент «всё в одном», и широко используемому по всему миру в физике высоких энергий, ядерной физике и физике элементарных частиц.
</blockquote>

{{VideoSection}}
{{vimeoembed|1161918920|800|450}}
{{youtubelink|3915CIL8EIQ}}
{{SlidesSection}}
[[File:Научные вычисления на процессорах «Эльбрус» (Александр Зубанков, OSSDEVCONF-2025).pdf|left|page=-|300px]]

{{----}}

== Thesis ==
Ключевые слова: процессоры Эльбрус, научные вычисления, программное обеспечение.

Отличительной особенностью отечественных процессоров Эльбрус, разрабатываемых компанией МЦСТ, является собственная архитектура <code>e2k</code> с очень длинной машинной командой <code>VLIW</code>, что не позволяет без портирования работать с ПО, в том числе и для научных расчётов. Портирование научного ПО на процессоры Эльбрус сделает возможным импортозамещение в передовых областях, связанных с фундаментальными и прикладными исследованиями.

Портирование осуществлялось в рамках операционной системы <code>Collaboration OS</code> (<code>CollabOS</code>). Ключевой особенностью <code>CollabOS</code> является поддержка пакетной базы на основе <code>CentOS 9</code> и <code>Epel</code>, что обеспечивает лёгкий переход на процессоры Эльбрус с других дистрибутивов Linux, основанных на <code>RedHat</code> и часто используемых в вычислительных кластерах: <code>CentOS</code>, <code>Fedora</code>, <code>AlmaLinux</code> и <code>Scientific Linux</code>. На данный момент операционная система поддерживает процессоры 5 и 6 поколений Эльбрус 8СВ, 2С3, 16С.

Одним из наиболее широко используемых инструментов для вычислений в физике высоких энергий и ядерной физике является фреймворк <code>ROOT</code>, разрабатываемый в CERN<ref>Brun R., Rademakers F. ROOT — An Object Oriented Data Analysis Framework // Proceedings AIHENP'96 Workshop, Lausanne, Sep. 1996, Nucl. Inst. Meth. in Phys. Res. A 389 (1997) 81–86.</ref>. <code>ROOT</code> написан для обработки, хранения, визуализации и анализа научных данных в рамках единого программного пакета физиками, что делает его довольно доступным. Особенностью является интерпретатор <code>C++</code> <code>Cling</code>, позволяющий в интерактивном режиме работать с данными. Это удобно для быстрого просмотра и исправлений, в том числе с возможностью работы с графическим интерфейсом в TBrowser для чтения .root файлов.

<code>ROOT</code> широко используется в крупных международных коллаборациях, занимающимися фундаментальными исследованиями, где требуется работа с большой статистикой для изучения редких процессов. Коллаборации, как правило, используют свою надстройку над <code>ROOT</code>, включающую в себя все необходимое для работы над конкретным экспериментом (например, классы и параметры детекторов). Среди наиболее известных коллабораций, использующих <code>ROOT</code> — ATLAS, CMS, LHCb, ALICE в CERN, HADES и CBM в GSI, T2K, а также BM@N и MPD на NICA в ОИЯИ.

<code>ROOT</code> продолжает развиваться, в нём есть встроенные средства для работы с машинным обучением и многое другое. Отдельно можно отметить интеграцию с языками Python и R, а также поддержку работы с MySQL, PostgreSQL и SQLite.

Поскольку цель стояла в сборке <code>ROOT</code> в конфигурации максимально приближённой к epel 9, то необходимо было собрать ряд зависимостей. Так, были портированы: <code>R</code> — язык для анализа и визуализации данных, <code>xrootd</code> — расширенный файловый сервер <code>ROOT</code>, <code>pythia8</code> — генератор взаимодействий в физике высоких энергий, библиотеки для работы с математикой <code>openblas</code>, <code>flexiblas</code>, <code>atlas</code>, <code>libarrow</code>, <code>lhapdf</code>, <code>cfitsio</code> и другие пакеты.

Для портирования <code>ROOT</code> использовался LLVM, модифицированный МЦСТ<ref>Проект по портированию LLVM на e2k-платформу. https://gitflic.ru/project/e2khome/llvm-project-e-2-k</ref>. Портированный LLVM использует проприетарный оптимизирующий e2k-бэкенд из компилятора <code>lcc</code>. Изменения, необходимые для работы на Эльбрусах, на основе из веток llvmorg-19-e2k и llvmorg-17.0.1-e2k были перенесены в llvm-18 от команды ROOT. После большого числа исправлений был подготовлен патч, который можно применить при сборке rpm-пакета в rpmbuild. Также была добавлена поддержка e2k в файлы для осуществления сборки по аналогии с другими архитектурами.

В рамках операционной системы <code>CollabOS</code> был портирован ряд ПО, востребованного в научно-исследовательских организациях:

* программы для обработки данных, статистики и моделирования — <code>ROOT</code>, <code>Geant4</code>, <code>R</code>, <code>SciPy</code>, <code>NumPy</code>, <code>Pythia8</code>, <code>LHAPDF</code>, <code>Octave</code>;
* для построения графиков, гистограмм и диаграмм — <code>ROOT</code>, <code>R</code>, <code>Matplotlib</code>, <code>Gnuplot</code>;
* для вёрстки текста статей — <code>TeXLive</code>, <code>AbiWord</code>;
* языки программирования — <code>C</code>, <code>C++</code>, <code>Fortran</code>, <code>Python 3.9</code>, <code>Perl</code>, <code>Java 8</code> и <code>11</code>, <code>PHP</code>, <code>Lua</code>, <code>Ruby</code>, <code>R</code>, <code>Rust</code>, <code>Octave</code>.

Благодаря этому достигается широкая совместимость проводимых научных расчётов на отечественных процессорах Эльбрус 8СВ и 2С3 с другими архитектурами.


{{----}}
[[File:{{#setmainimage:Научные вычисления на процессорах «Эльбрус» (Александр Зубанков, OSSDEVCONF-2025)!.jpg}}|center|640px]]
{{LinksSection}}
<!-- <blockquote>[©]</blockquote> -->

<references/>
* https://github.com/e2k-community/root-e2k

[[Категория:OSSDEVCONF-2025]]
[[Категория:СПО в науке]]
[[Категория:Эльбрус]]