Профессор Сергей Бурков: «Сегодняшний суперкомпьютер — все равно что ноутбук 2020 года…»
Современную науку и высокотехнологическое производство уже невозможно представить без широкого использования суперкомпьютеров, высокопроизводительных вычислений и использования математических моделей самых разнообразных природных, технических и социальных процессов. Своим видением проблем и перспектив использования суперкомпьютерных технологий в научнообразовательном процессе делится директор Хабаровского краевого центра новых информационных технологий ТОГУ доктор технических наук, профессор кафедры «Вычислительная техника» Сергей Бурков.
— Сергей Михайлович, минувшим летом в университете состоялось знаковое событие — прошла международная научная конференция, посвященная суперкомпьютерным технологиям. Далеко не каждый вуз может позволить себе это, ведь для многих актуальность темы еще просто не вызрела…
— Для ТОГУ суперкомпьютер — это уже повседневность. В начале 2009 года у нас был смонтирован 96-ядерный кластер для высокопроизводительных вычислений с пиковой мощностью почти в один терафлопс, то есть около одного триллиона операций (как у нас говорят, «с плавающей точкой») в секунду. Объем его оперативной памяти составлял 192 гигабайта. Аналогов кластеру в вузах Дальнего Востока не было, а другие, географически близкие, машины такого класса имелись лишь в Томске и Новосибирске.
Но мы на этом не остановились и совместно с Вычислительным центром Дальневосточного отделения Российской академии наук приступили к реализации еще более масштабного проекта по объединению наших вычислительных ресурсов. Два кластера, благодаря быстродействующим оптоволоконным телекоммуникационным линиям с высокой пропускной способностью, были закольцованы в единую суперкомпьютерную грид-систему. Сегодня эта система с пиковой производительностью более двух триллионов операций в секунду уже действует, успешно решая сложнейшие вычислительные задачи в интересах науки и экономики Дальнего Востока.
Обо всем этом и о планах дальнейшего развития вычислительных ресурсов мы подробно рассказали на конференции «Суперкомпьютеры: вычислительные и информационные технологии», которая проходила в ТОГУ с 30 июня по 2 июля.
— И заинтересовали своими проектами представителей холдинга «Т-Платформы», крупнейшего отечественного производителя суперкомпьютерных систем…
— Их действительно заинтересовал продвигаемый нами совместно с вычислительным центром ДВО РАН при поддержке правительства Хабаровского края проект создания еще более мощной суперкомпьютерной системы. Ее пиковая мощность может достигать 200 терафлопс, что позволит нам не просто претендовать на вхождение в ТОП50, список самых мощных суперкомпьютеров России и стран СНГ, но и подняться в верхние его строчки. А главное, это даст мощный толчок развитию современных вычислительных технологий на российском Дальнем Востоке, что полностью соответствует целям Федеральной целевой программы «Электронная Россия».
Что же касается сотрудничества с холдингом «Т-Платформы»… Это — признанный в России лидер в сфере суперкомпьютерных технологий, причем создающий высокотехнологичные продукты мирового уровня качества и производительности. Они не только собирают суперкомпьютеры из зарубежных комплектующих. Но и сами продуцируют прорывные идеи и технологии, успешно реализуя их в «железе».
Кстати, холдинг «Т-Платформы» уже давно и очень результативно сотрудничает с ведущими российскими вузами.
— Один из примеров тому — лучший в России и занимающий 12-ю позицию в мировом ТОП500 суперкомпьютер «Ломоносов» пиковой производительностью 420 триллионов операций в секунду, установленный в Московском государственном университете…
— Да, это их разработка, как и предыдущий, установленный в МГУ 60-ти терафлопсный суперкомпьютер «Чебышев», как работающий в Южно-Уральском государственном университете в Челябинске суперкомпьютер «СКИФ-Урал» и его собрат «СКИФCyberia» в Томском государственном университете.
— Теперь на очереди — Тихоокеанский государственный университет?
— Надеюсь… Тем более что положительное заключение на сей счет от профильного ведомства, Министерства связи и массовых коммуникаций России, уже получено. Кроме того, нашими партнерами из холдинга «Т-Платформы», была высоко оценена работа, проделанная в ТОГУ совместно с ВЦ ДВО РАН по созданию распределенных вычислительных систем и опорной телекоммуникационной сети, по отладке программного обеспечения для проведения мультипроцессорных вычислений, по решению проблем подготовки высококвалифицированных кадров программистов. Все это создало необходимые стартовые условия для установки в университете нового, еще более мощного суперкомпьютера. Разумеется, для этого нам предстоит решить еще целый ряд достаточно сложных задач.
— В чем же они состоят?
— Нужно создать максимально разветвленную систему доступа к вычислительным ресурсам создаваемой суперкомпьютерной системы для потенциальных потребителей. В их числе не только научные организации и вузы Хабаровского края и всего Дальневосточного региона, властные и управленческие структуры всех уровней, промышленные и другие предприятия, но и отдельные ученые, причем в перспективе у них должна появиться возможность доступа в систему даже со своих персональных компьютеров. А значит, нужно значительно расширить сеть высокоскоростных каналов связи и передачи данных, ввести удобный и привычный для специалистов разных отраслей знаний интерфейс. С учетом общего увеличения объема вычислений примерно на два порядка нужны в большом количестве специалистыматематики и программисты, способные формализовать, то есть перевести на «язык», понятный суперкомпьютеру, любую задачу в любой сфере деятельности.
— Суперкомпьютер — вещь супердорогая, а значит, должна себя окупать. Есть ли на региональном уровне необходимое количество задач, для которых можно использовать его суперпризводительность и суперскорость?
— Вычислительные ресурсы грид-системы уже достаточно эффективно используются научноисследовательскими институтами и лабораториями ДВО РАН. Что касается непосредственно ТОГУ, то благодаря им университет активно участвует в целом ряде научных программ, в том числе и международных, требующих создания и расчета сложнейших математических моделей. Наиболее яркий пример: наша суперкомпьютерная система задействована в долгосрочном проекте научного сотрудничества ТОГУ, НИИ Ядерной физики МГУ и Университета штата Айова (США) в области теоретической ядерной физики. Возможности, открываемые применением суперкомпьютерных технологий, позволяют ученым ТОГУ вносить существенный вклад в мировую науку — их работы уже публикуются в таких авторитетных изданиях, как «Physical Review», «Ядерная физика» и «Журнал экспериментальной и теоретической физики». Задействуется грид-система и в других перспективных исследованиях наших ученых, например при расчетах математической модели твердотопливного ракетного двигателя, разработке технологий в области робототехники, перспективных цифровых видеосистем и многих других.
Это задачи сегодняшнего дня, но надо смотреть и в день завтрашний, причем не ограничивать себя лишь горизонтом своего региона. На наших глазах в последние годы в стране и в мире формируется единая, высокотехнологичная, мультифункциональная, многоуровневая инфокоммуникационная система. Это и высокопроизводительные вычислительные центры, и глобальные, региональные и локальные компьютерные сети, а также всевозможные базы данных по различным отраслям знаний и сферам деятельности. А еще это системы управления технологическими и производственными процессами, транспортными и другими системами, геоинформационные системы и системы мониторинга за различными процессами в природе и в человеческом обществе. Кроме того, это и все системы связи и передачи информации, вплоть до привычной уже нам сотовой связи.
— И все это в перспективе будет завязываться на суперкомпьютеры как управляющие всем вокруг «электронные мозги»?
— Точнее, суперкомпьютеры — это своего рода опорные точки, узлы в подобных инфокоммуникационных и вычислительных сетях. Причем не только операционные узлы, то есть управляющие идущими в них процессами, но и площадки роста, которые самим своим существованием стимулируют бурное технологическое развитие в окружающих регионах.
Еще важнее то, что они способствуют не только развитию новейших технологий, но и инновационного мышления в обществе. Такие узлы — вычислительные центры и объединяющие их грид-системы — становятся центрами колоссального притяжения и концентрации высококвалифицированных научных и инженерных кадров, прежде всего, в сфере информационных технологий. Но не только… Появляются новые вычислительные мощности — возникают и новые запросы, причем у ученых и специалистов самых различных отраслей знаний, вплоть до экономистов и гуманитариев. Постепенно к суперкомпьютерным технологиям подтягиваются и производственники. Возникает привлекательная база для инвесторов, готовых вкладывать большие деньги в развитие высокотехнологичных предприятий и целых отраслей.
— Но пока что наши промышленники и предприниматели, к сожалению, в массе своей весьма далеки от понимания возможностей современной вычислительной техники. Помните, на это сетовал даже председатель Хабаровской краевой законодательной думы Сергей Хохлов, когда летом посетил ТОГУ?
— Он же, кроме того, настойчиво советовал объяснять и наглядно демонстрировать представителям власти и бизнеса выгоды от внедрения новейших технологий, в том числе и суперкомпьютерных. Ведь это только кажется, что суперкомпьютеры и реальная жизнь лежат в несовпадающих плоскостях, в разных измерениях… — Вот и постарайтесь, Сергей Михайлович, используя и журнальную публикацию, объяснить, и желательно на ярких примерах, эти выгоды…
— Пожалуйста! Всего один пример из повседневной жизни хабаровчан. Автомобильные пробки на дорогах. Скажете, совсем недавно нам представили очередные проекты строительства разгрузочных и объездных дорог?
— И пообещали, что через несколько лет дорожных заторов не будет?
— Вроде бы так… Но подход-то демонстрируют во многом прежний, то есть не системный — без скрупулезных расчетов, без учета множества сегодняшних параметров и тем более прогнозных вариантов развития ситуации в будущем. А ведь мы это, как говорится, уже проходили несколько лет назад, когда в Хабаровске развернулось строительство нескольких автомобильных развязок, и нас уверяли, что они решат тогдашние проблемы. Развязки построили, улицы и дороги расширили, даже подземные переходы появились — а пробки никуда не исчезли. В некоторых местах они даже стали больше, и скоро могут достичь московских размахов…
Резонный вопрос: почему так получилось и причем тут вообще суперкомпьютеры? Объясняю. Потому что при разработке проектов учитывают пять, десять, может, даже пятнадцать факторов, причем локальных, завязанных на конкретный участок местности. А учитывать надо, во-первых, всю транспортного систему города и даже его подъездных трасс. Во-вторых, рассматривать не только дороги и улицы сами по себе, но и интенсивность работы располагающихся рядом с ними предприятий, торговых центров, количество возводимых жилых массивов и прочего, ведь дороги — это инфраструктура, их обеспечивающая жизнедеятельность. А геологические условия, грунты? Их тоже надо учитывать, чтобы знать, как часто придется перекрывать ту или иную дорогу для ремонта, реконструкции. А социальные условия — как будет расти уровень благосостояния горожан и насколько в связи с этим в среднем увеличатся их способности покупать автомобили через пять, десять и так далее лет. И еще далеко не все факторы, которые надо учесть для эффективного решения транспортных проблем…
— Все это предполагает учет уже сотен, если не тысяч параметров…
— Да. Поэтому, без использования суперкомпьютеров, не обойтись. Но раз уж они есть, их нужно использовать по максимуму.
Приведу еще один пример, связанный с одной из злободневных проблем сегодняшнего дня — с обеспечением безопасности промышленных объектов, а значит, и большого числа людей. Чуть больше года назад произошла авария на Саяно-Шушенской ГЭС. Такого рода ЧП обходятся стране в десятки человеческих жизней и миллиардные финансовые убытки. Куда дешевле было бы рассчитать все точки уязвимости и ресурс прочности каждого агрегата и узла, а через них и всей системы. Сегодня, благодаря развитию компьютерной техники и технологий, у нас есть реальные возможности просчитывать подобные ситуации наперед, предотвращать их, заранее предпринимая все необходимые и гораздо менее затратные меры предосторожности. Методика численных экспериментов позволяет во многих случаях обходиться затратами лишь машинного времени, а не приобретением горького опыта ошибок. Кстати говоря, если уж мы упомянули транспорт… Еще больше работы и вычислительных задач, даже для будущей сверхмощной суперкомпьютерной системы, добавит строительство на Дальнем Востоке нового космодрома, о чем уже заявил Президент России.
— Сергей Михайлович, несколько риторический вопрос напоследок. Так что же такое сегодняшний суперкомпьютер?
— Ждете краткого, емкого и оригинального, так сказать, КаВээНовского ответа? Тогда скажу так: это что-то вроде персонального ноутбука 2020-го или 2025 года. Разумеется, по операционным возможностям… А чтобы не особо удивлялись такому сравнению, приведу пример из своей практики. На рубеже 70— 80-х годов ХХ века наш вуз располагал вычислительной машиной, относимой к тогдашнему классу суперкомпьютеров. Она занимала большой зал, имея быстродействие 400 тысяч операций в секунду и оперативную память аж 4 мегабайта. По этим параметрам ее можно сравнить с сегодняшним… сотовым телефоном. Потом, на рубеже 80-90-х годов, у нас появилась машина «Эльбрус» с быстродействием в 1 миллиард операций в секунду. А ныне это характеристики Пентиума-4.
Впрочем, все это еще раз доказывает, что информационные технологии и вычислительная техника развиваются и будут развиваться стремительными темпами. И под эти скорости должны подстраиваться все отрасли науки, образования, производства.
Беседовал Александр Пасмурцев
Фото Ирины Апариной
Журнал «Мой университет»