Необходимая доступность

Суперкомпьютерные технологии были нужны вчера, полезны сегодня и будут актуальны завтра

Создание и развитие суперкомпьютерных технологий имеет в России свою историю. Первым опытом построения параллельного компьютера вполне можно считать работу знаменитого российского академика Александра Андреевича Самарского. В 1950-х годах ему пришлось заниматься расчетами, связанными с созданием ядерного оружия, что требовало крупномасштабных вычислений, а в распоряжении ученого имелись только обычные арифмометры. Решение было найдено: в огромном помещении за столы усадили много-много барышень, которые и начали усердно считать с помощью доступной техники. Каждая сотрудница рассчитывала свои узлы сетки, передача данных – это передача листочков с полученными цифрами со стола на стол. Процесс шел медленно, но задача была решена в срок. Чем не первая система параллельных вычислений?

Скажете - шутка? Но в каждой шутке есть, как известно, доля шутки, а все остальное – правда. Сегодня суперкомпьютерные технологии востребованы многими отраслями экономики. Важны они для энергетики, машиностроения, нефтегазодобывающего комплекса, химических производств, авиакосмической и атомной промышленности. Серьезное внимание уделено им и в Федеральной целевой научно-технической программе «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития науки и техники» на 2002-2006 годы. Да по-другому и быть не могло, поскольку за параллельными вычислениями – будущее. Компьютер, что стоит у вас на столе сегодня, через два года станет параллельным, а многие ПК являются таковыми уже сейчас.

Но чтобы получить в свое распоряжение современные высокоэффективные технологии, требуется платить, и немало. Увы, сегодня нередко можно услышать мнение, что суперкомпьютерные технологии - игрушка слишком дорогая и нужно повременить с ее приобретением. Работали же как-то раньше, обойдемся и впредь...

Опасные последствия такого недальновидного отношения к суперкомпьютерной области, а также другие вопросы, связанные с развитием технологий распределенных вычислений, предложил обсудить на страницах «Поиска» заместитель директора НИВЦ МГУ им. М.В.Ломоносова член-корреспондент РАН Владимир ВОЕВОДИН. С проблемами развития и использования высокопроизводительных вычислительных технологий Владимир Валентинович знаком не понаслышке: сфера его научных интересов – суперкомпьютерные системы, методы решения больших задач, технологии параллельного программирования, математические модели программ, средства разработки суперкомпьютерных приложений, технологии метакомпьютиига, GRID-технологии. Он руководитель таких известных проектов, Parallel.ru, Top50 – список самых мощных компьютеров СНГ, один из организаторов суперкомпьютерного комплекса НИВЦ МГУ – крупнейшего суперкомпьютерного центра в системе российского образования. А с недавних пор, по просьбе руководства Минобрнауки РФ, он курирует в ФЦНТП один из подразделов программы – «Технологии распределенных вычислений и систем».

– Почему именно сегодня развитие и использование суперкомпьютерных технологий стало стольактуальной темой?

– Отнюдь. Разработка и применение таких технологий на практике были актуальны вчера, очень важны сегодня и потребуют еще большего внимания завтра. Если мы стремимся к инновациям, высокотехнологичному производству, то, как свидетельствует мировой опыт, именно в суперкомпьютерной области все это сконцентрировано особенно сильно. Ни одна уважающая себя компания нынче не выпустит продукцию от кофемолки – до ракеты, – не проведя предварительного компьютерного моделирования ее параметров. Примеров – не счесть: в машиностроении, энергетике, нефтегазовой отрасли, судостроении, автопроме, фармацевтике, да где угодно!
Везде качество продукции опирается на сложные расчеты, для чего и требуется наличие суперкомпьютерных мощностей. Судите сами. Если мы хотим смоделировать некий трехмерный объект, потребуется сетка 100x100x100 точек, а это уже миллион точек. В каждой точке надо вычислить десяток функций: температуру, скорость, давление, концентрацию и т.п. – смотря что мы рассчитываем. Для вычисления значения функции нужно решить уравнение, как правило, нелинейное, для чего выполнить 200-500 арифметических операций. Перемножив все это, получим число операций, которые необходимо выполнить для описания объекта в определенный момент времени. А поведение объекта в динамике? А изменение входных данных и параметров модели? Задача крайне сложная, и корректно решить ее на обычном компьютере удается далеко не всегда.
Что касается высокой стоимости технологий, то альтернатива проста: задешево можно рассчитывать только на место в хвосте мировых лидеров, а за решение масштабных задач, которые государство ставит перед собой, нужно иметь мужество адекватно платить.

– А есть ли сегодня в России те, кто готов реально вкладывать свои средства в суперкомпьютерные технологии?

– НИВЦ МГУ совместно с Межведомственным суперкомпьютернымцентром РАН ведет проект Тор50 - СНГ (www.supercomputers.ru). Формируя рейтинг, мы стремимся показать реальное положение дел в суперкомпьютерной отрасли. Если кто-то хочет развивать у себя это направление, он должен знать, что творится рядом: что уже сделано, как связаться с людьми, которые являются администраторами или держателями систем, посоветоваться с ними, как эффективнее решить конкретную задачу для учебного заведения или промышленного предприятия. Основной вывод последней редакции списка Тор50.

– Отечественные предприятия уже поняли, что без использования таких технологий им не обойтись, не занять достойные места как на внутреннем, так и на внешнем рынках. Не стоит сильно доверять рассуждениям, что наша промышленность все еще «лежит» и ей вовсе не до суперкомпьютеров. Отечественных производств, готовых представить доказательства своей жизнестойкости и заинтересованных в приобретении новых компьютерных мощностей, не так и мало: РКК «Энергия», Московское машиностроительное производственное предприятие «Салют», ОАО «Машиностроительный завод «Арсенал», ОАО «Аккумуляторная компания «Ригель», ЗАО «УфаНИПИнефть», ОАО «Уфимское моторостроительное производственное объединение» и другие. Кстати, суперкомпьютер ОАО «Силовые машины» занимает 25-е место в списке Тор50. Люди вкладывают деньги не просто так.
Попутно замечу: параллельные компьютеры сегодня - это не только необходимо, но и доступно. Загляните к ведущему российскому производителю кластерных систем – компании «Т-платформы» (http://t-platforms.ru), убедитесь сами.
Тема использования суперкомпьютерных мощностей в инженерных расчетах сегодня очень актуальна. Именно потому она станет главной на очередном заседании междисциплинарного научного семинара МГУ «Современные вычислительные и информационные технологии», которое состоится 24 мая (agora.guru.ru/mct). Этот семинар в НИВЦ проходит уже не первый год и вызывает большой интерес как у ученых, так и у предста­вителей промышленности. Поскольку приехать в Москву, чтобы лично принять в нем участие, могут не все, мы организуем его видеотрансляцию через Интернет. Темами следующих заседаний семинара станут использо­вание распределенных вычислений в биоинженерии и фармацевтике, в других научных областях, обязательно поднимем вопрос о создании основ национальной системы подготовки и переподготовки кадров в области высокопроизводительных вычислений и распределенной обработки данных. Идея создать рабочую площадку для общения профессионалов в области параллельных вычислений реализована и в проекте Parallel.ru Сейчас планируем расширить этот ресурс, сделав «крен» от науки в сторону экономики и промышленности. Например, введем разделы с данными по российским производителям кластерных систем, по промышленным инженерным, квантово-химическим, биоинженерным пакетам. Это помо­жет увидеть, что из имеющихся разработок можно сразу использовать для реальных расчетов.
Еще одной площадкой – уже не виртуальной, а совершенно реальной – объединяющей тех, кто заинтересован в решении проблем, связанных с суперкомпьютерными технологиями, является ежегодная всероссийская конференция «Научный сервис в сети Интернет»(agora.guru.ru/abrau2005).
В нынешнем году она получила подзаголовок «Технологии распределен­ных вычислений», что говорит о нашем серьезном намерении развивать суперкомпьютерную тематику в рамках данного мероприятия. В сентябре именно там будет анонсирована третья редакция списка Тор50.

– Усилия по объединению единомышленников требуют немало времени и ресурсов. Готовы ли вы к таким тратам?

– Кооперация в области распределенных вычислений и систем необходима, и этим определяется все. Вот типичный пример. Недавно в НИВЦ обратилась группа ученых, занятых исследованиями в области создания новых лекарств. Для успешной работы – поиска нужных соединений – им требуется проведение масштабных вычислений. НИВЦ готов предоставить и свои ресурсы, и уже отработанную нашими специалистами технологию организации распределенных вычислений.
Повторюсь, кооперация, безусловно, нужна, поскольку научные и учебные центры страны не настолько богаты, чтобы каждый занимался всем. Многое могут предложить коллегам и промышленности для совместной работы институты РАН: Межведомственный суперкомпьютерный центр, Институт программных систем, Институт математического моделирования, Институт прикладной математики, Институт вычислительной математики. Серьезные заделы есть в вузах страны: МГУ, МФТИ, СПбГУ, СПбГПУ, ЮУрГУ, УГАТУ.
Сегодня работы в рамках ФЦНТП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития науки и техники», идущие в подразделе «Технологии распределенных вычислений и систем», волею судеб оказались в сфере моей ответственности. Есть возможность увидеть ситуацию в области суперкомпьютерных технологий более четко. Потому и возникло желание постараться сформировать адекватное отношение к теме высокопроизводительных вычислений, чтобы суперкомпьютер перестал быть в сознании части общества лишь роскошной игрушкой. Его использование не дает сиюминутной отдачи в звонкой монете. Это долгосрочные инвестиции, на которые делают ставку все высокоразвитые страны и на Западе, и на Востоке. Учитывая наш высочайший интеллек­туальный потенциал, Россия может занять достойное место в этой области и стать равноправным партнером мировых лидеров. Пока еще может…

Нина ШАТАЛОВА
Фото Андрея МОИСЕЕЕВА
Газета «Поиск» No.18-19 за 13.05.2005