Суперкомпьютеры в России и проект «Суперкомпьютерное образование»

Проект «Суперкомпьютерное образование» был запущен в России в 2010 г. на базе ряда научно-образовательных центров страны.

 Источник фото: nanonewsnet.ru

Суперкомпьютер «Ломоносов».

«Легче назвать те науки, где не используются суперкомпьютеры»

О суперкомпьютерах (о них мы уже сегодня упоминали в статьях 1 и 2), 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.

 Источник фото: nanonewsnet.ru

Рис. 1.

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, 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. 

Источник: gazeta.ru

ПОДРОБНЕЕ О ПРОЕКТЕ «Суперкомпьютерное образование»

Стратегической целью проекта является создание национальной системы подготовки высококвалифицированных кадров в области суперкомпьютерных технологий и специализированного программного обеспечения.

Целью проекта в 2010 году является формирование всех необходимых условий для успешного выполнения второй части проекта в 2011-2012 годах и достижение на этой базе необходимого результата.

Основой для успешной реализации проекта должны стать научно-образовательные центры (НОЦ) СКТ, главной задачей которых является эффективная организация деятельности вузов по подготовке, переподготовке и повышению квалификации кадров в области СКТ. В 2010 году создана основа системы НОЦ СКТ за счет организации 5 пилотных НОЦ СКТ в Центральном федеральном округе (на базе МГУ имени М.В.Ломоносова), Приволжском ФО (на базе ННГУ имени Н.И.Лобачевского), Уральском ФО (на базе ЮУрГУ), Сибирском ФО (на базе ТГУ) и Северо-Западном ФО (на базе СПбГУ ИТМО).

Первым результатом деятельности НОЦ в 2010 году стала разработка группой экспертов Свода знаний и умений (профессиональных компетенций) в области СКТ. На основании этого Свода выполнена модернизация (обновление) федеральных государственных образовательных стандартов третьего поколения. На базе обновленных образовательных стандартов в 2010 году выполнена подготовка более 100 высококвалифицированных специалистов в области СКТ и их приложений. Для реализации новых образовательных программ на базе НОЦ СКТ прошли переподготовку или повышение квалификации более 40 представителей профессорско-преподавательского состава. В результате выполнения данного проекта 8 университетов уже включились в подготовку специалистов по СКТ, и многие университеты-члены Суперкомпьютерного консорциума университетов России выразили готовность включиться в этот процесс в 2011 году.

За 2010 год с учетом созданного Свода знаний и умений выполнена разработка новых и расширение существующих учебных курсов, всего 10 курсов, которые уже сейчас можно использовать в учебном процессе высших учебных заведений России. На основе анализа уже существующей литературы в области СКТ сформированы перспективные планы подготовки и издания учебной и учебно-методической литературы, в 2010 году подготовлены к изданию первые 5 книг серии “Суперкомпьютерное образование”, в которой за все время выполнения проекта будет представлено более 25 изданий.

Важным направлением деятельности НОЦ СКТ стало формирование специальных групп обучаемых для разных категорий слушателей (студенты, магистры, аспиранты, преподаватели, специалисты) для целевой интенсивной подготовки в области СКТ. Данная форма подготовки хорошо учитывает междисциплинарный характер СКТ и позволяет в сжатые сроки осуществить выпуск высококвалифицированных специалистов, способных развивать и эффективно применять СКТ при проведении фундаментальных и прикладных исследований, внедрять их в промышленность и экономику. В 2010 г. было сформировано 5 специальных групп обучения СКТ по одной в каждом НОЦ СКТ, отражающих наиболее востребованные и перспективные направления. В МГУ прошло обучение спецгруппы по программе “Разработка сверхмасштабируемых программ”, что является первым примером обучения у нас в стране по столь сложной, но крайне необходимой тематике.

Разработана концепция и реализована пилотная версия Интернет-центра системы образовательных ресурсов в области СКТ, который должен стать основой консолидации информации по Суперкомпьютерному образованию в российской части Интернета. Адрес Интернет-центра: http://hpc-education.ru/.

Еще одной формой активного обучения основам СКТ стал Интернет-университет суперкомпьютерных технологий (http://hpcu.ru), закладывающий основу для массового обучения параллельным вычислительным технологиям. На его базе в 2010 году более 70 слушателей смогли пройти подготовку в режиме дистанционного обучения.