Кого слушает президент

«Легче назвать те науки, где не используются суперкомпьютеры»

Замдиректора НИВЦ МГУ о суперкомпьютерах и научной работе на них

Николай Подорванюк 14.11.2011, 15:53
Суперкомпьютер «Ломоносов» ИТАР-ТАСС
Суперкомпьютер «Ломоносов»

О суперкомпьютерах, о проблемах, которые возникают при их использовании в России, и о том, как эти проблемы будут решены с помощью программы «Суперкомпьютерное образование», в интервью «Газете.Ru» рассказал заместитель директора Научно-исследовательского вычислительного центра МГУ имени М. В. Ломоносова, член-корреспондент РАН Владимир Воеводин.

— Дайте, пожалуйста, определение того, что такое суперкомпьютер.
— Это любой компьютер, который занимает большой зал. Это любой компьютер, который стоит больше миллиона долларов. Это любой компьютер, который весит больше тонны.

— А если сравнить суперкомпьютер с ноутбуком?
— Это тот компьютер, который считает на пять порядков быстрее ноутбука. А для того, чтобы считать быстрее всего, нужно занимать целый зал.

— В июне этого года был объявлен рейтинг топ-500 мировых суперкомпьютеров. Первое место там занял японский суперкомпьютер K. Расскажите, пожалуйста, как менялась мощность суперкомпьютеров — мировых лидеров за последние 15–20 лет.
— Давайте посмотрим на соответствующий график.

Рейтинг топ-500 суперкомпьютеров публикуется с 1993 года два раза в год, в июне и в ноябре. Розовым отмечено последнее, пятисотое, место рейтинга. Красным — первое место. Оно всегда «рваное», потому что все пытаются вырваться наверх, и это происходит «скачком». Последняя точка здесь — это как раз нынешний лидер рейтинга, японский K-компьютер. Закон изменения производительности удивительный: он почти линейный. Соответственно, можно спрогнозировать, какими суперкомпьютерами мы будем обладать через 10–20 лет и когда будет достигнута мощность в 1 экзафлопс.

Новый рейтинг будет обнародован позднее в понедельник, на конференции по суперкомпьютерам в США.

— Согласно рейтингу топ-500, самый мощный суперкомпьютер в России и на постсоветском пространстве — это «Ломоносов», занимающий 13-е место. Есть ли у кого-то в нашей стране идея создать в ближайшее время суперкомпьютер, который был бы мощнее «Ломоносова»?
— Тут есть некоторая проблема. Сделать суперкомпьютер понятно как. Но дальше начинаются вопросы: а) для чего?; б) кто будет финансировать? У нас страна не самая богатая, поэтому этот вопрос актуальный. Строительство «Ломоносова» — это примерно 3 млрд рублей. А K-компьютер стоил примерно 1 миллиард долларов.

— Какие задачи решаются на суперкомпьютерах в мире, и в России в частности?
— Легче назвать те области науки, где не используются суперкомпьютеры и математическое моделирование. У нас в МГУ на днях начался специальный семинар. На нем обсуждался такой пример — использование суперкомпьютера для проверки качества дорожного полотна.

Как это выглядит? Едет специальная подвижная лаборатория, которая в онлайн-режиме с помощью специальных зондов сканирует все то, что находится внутри.

Соответственно, есть возможность вовремя замечать скрытые полости и контролировать качество дорожного полотна. Еще один пример, который обсуждался на семинаре, — это вычислительная томография, то есть обнаружение раковых заболеваний на ранних стадиях. Создается специальная установка, которая с помощью датчиков проводит обследование и ищет все инородности. Тут проблема в том, что происходит работа с колоссальным объемом информации, решается трехмерная задача с использованием целого комплекса датчиков и приемников, что требует огромных вычислений.

Вообще у нас в суперкомпьютерном комплексе МГУ работает несколько сотен групп, их результаты регулярно представляются на самых разных конференциях. В качестве примеров их работы могу привести расчет ветровой нагрузки на здания, задачи нефтеразведки, расчет новых уникальных соединений, моделирование климата, моделирование структуры галактик, задачи нанотехнологий, энергетики, фармацевтики и многие другие.

Крайне интересны исследования по криптографии, где основная задача банальна: нужно определить простоту одного-единственного целого числа, которое даст ключ к шифру.

Только вот проблема в том, что у этого числа может быть 200–300 знаков…

— А используются ли суперкомпьютеры представителями бизнеса?
— Я могу рассказать, где в мире представители бизнеса используют суперкомпьютеры, но возникнет вопрос, почему это не используется в России столь же активно.

За рубежом ни одна автомобильная компания не обходится без суперкомпьютерного моделирования. А где наш автопром?

За рубежом ни одна авиационная компания не обходится без суперкомпьютеров, потому что слишком много двигателей нужно разрушить на стадии проектирования и сертификации, чтобы пройти все испытания. А ведь авиационные двигатели очень дороги. Кстати, есть такой расчет — как можно оценить объем интеллекта, вложенного в конкретный продукт, по его стоимости за килограмм. Вот килограмм среднего автомобиля – это примерно 30 долларов. Килограмм истребителя пятого поколения — 1000 долларов. Килограмм двигателя от истребителя — 5000 долларов. Кстати, килограмм суперкомпьютера — это лишь где-то 500 долларов. Исходя из этой большой цифры для авиационного двигателя, вы будете экономить на любой его сертификации, а ведь это все можно заменить большим количеством вычислительных экспериментов.

Применительно к бизнесу можно привести и такой пример на основе деятельности французской компании «Тоталь», занимающейся нефтеразведкой. Им поступили сейсмические данные, что в конкретном месте есть куполообразное образование, которое является характерным признаком того, что там находится нефть. Соответственно возник вопрос — проводить ли бурение, которое очень дорого? Сомнения в достоверности полученных расчетных данных оставались. Они провели дополнительное моделирование, где использовали уже суперкомпьютер с 10 000 ядер, которое показало, что это обычный артефакт. По их же расчетам, они сэкономили до 80 миллионов евро…

— Как происходит научная работа на «Ломоносове»? Насколько просто или сложно получить на этом компьютере вычислительное время? Работают ли студенты на суперкомпьютерах? Обучают ли их этому?
— Работать просто тем, кто это умеет делать. Но не всем научным группам одинаково легко, потому что подготовленных людей, которые могут быстро войти в это дело, мало.

Сейчас все сводится к самообучению. Нет системы, которая бы помогала на регулярной основе таких специалистов готовить.

В этом состоит задача проекта «Суперкомпьютерное образование». Этот проект в настоящее время является проектом комиссии при президенте РФ по модернизации и технологическому развитию экономики России. Основные исполнители проекта — это члены Суперкомпьютерного консорциума университетов России, созданного в конце 2008 года по инициативе МГУ, ННГУ, ТГУ и ЮУрГУ. Сейчас консорциум объединяет более 50 членов из более чем 20 городов России, от Калининграда до Владивостока.

— А что собой представляет проект «Суперкомпьютерное образование»?
— В рамках проекта запланирована масштабная и комплексная программа мероприятий, вовлекающая множество ведущих университетов России. Будет создана система подготовки высококвалифицированных кадров в области суперкомпьютерных технологий и специализированного программного обеспечения. Основа проекта – это национальная система научно-образовательных центров «Суперкомпьютерные технологии», которые создаются в федеральных округах России на базе университетов, обладающих серьезной экспертизой и компетенциями в области суперкомпьютерных технологий. В проекте заложена и разработка учебно-методических материалов, и проведение обучения различных целевых групп (бакалавров, магистров, преподавателей), формирование предложений по модификации образовательных стандартов, подготовка серии книг и учебников, организация тесного взаимодействия университетов с научными институтами, промышленными и коммерческими организациями, международные контакты и многое-многое другое. Детали проекта регулярно публикуются на его сайте http://www.hpc-education.ru.