Естествознание

Учёный: суперкомпьютеры анонсируют редко – это повседневность

Суперкомпьютер

Тема мощных суперкомпьютеров, бывшая ранее задумкой учёных и правителей – всё чаще попадает в информационное поле. Как мы писали ранее, в России есть госпрограмма, продвигающая инновации такого рода. Одним из плодов последнего времени стала адаптация учёными МГУ вычислений, доступных суперкомпьютерам, для портативных экземпляров – ноутбуков.

С одним из авторов упомянутой работы – младшим научным сотрудником Сколковского института науки и технологий Сергеем Матвеевым – культурно-полический журнал «Э-Вести» обсудил настоящее и будущее суперкомпьютеров в России.

ЭВ: Сергей, скажите, пожалуйста, чем Вас в особенности привлекла тема суперкомпьютеров, что Вы посвящаете ей жизнь?

младший научный сотрудник Сколковского института науки и технологий Сергей Матвеев
младший научный сотрудник Сколковского института науки и технологий Сергей Матвеев

Сергей Матвеев: Я не могу сказать, что посвящаю жизнь именно суперкомпьтерной тематике – скорее математическому моделированию и вычислительной математике. Суперкомьютер здесь – это скорее хороший и мощный инструмент, с помощью которого можно решать очень объёмные задачи за разумные времена. Это очень технологичный и большой инструмент, а качественные технологии всегда интересны.

Но для грамотной эксплуатации такого инструмента надо понимать, из чего этот инструмент состоит и где им уместно пользоваться и, по возможности, искать алгоритмы, позволяющие снять с него часть загрузки. 

ЭВ: В разработках суперкомпьютеров в России задействованы МГУ, Институт вычислительной математики РАН, Сколковский институт науки и технологий. Какие основные научные проблемы, усовершенствующие технологии суперкомпьютеров, сейчас разрабатываются ими?

Сергей Матвеев: Научные организации редко занимаются непосредственной разработкой суперкомпьютеров в одиночку. Вообще практически каждый суперкомпьютер делается под заказ в результате продолжительной совместной работы учёных и инженеров с компаниями-интеграторами и поставщиками.

Суперкомпьютер в некоторой мере уникален, он часто оказывается предназначенным под определённый круг задач.

В России есть ряд компаний, про которые регулярно можно услышать в новостях, например, Т-платформы, группа РСК и другие. К сожалению, я не могу сказать, чтобы у нас создавались какие-то выдающиеся технологические решения, скорее идёт сборка больших машин из компонент зарубежных поставщиков – Intel, AMD, IBM, DELL, Lenovo и тд. При необходимости учёные могли бы сделать это и сами (есть например, отдел НИВЦ  МГУ под руководством Вл. В. Воеводина), но тогда пришлось бы на какое-то время отложить в сторону исследования и заняться менеджерской и инженерной работой. Впрочем, это моё частное мнение. 

В России есть и свои производители “железных” компонент – это МЦСТ (процессоры Эльбрус), Baikal Electronics (процессоры Baikal), но с ними мне работать не доводилось. На мой взгляд (а я делаю выводы из открытых источников), по производительности они значительно уступают зарубежным конкурентам, хотя я уверен, что эти разработки нужные и используются государством для решения критических задач, где доверять можно лишь Отечественным производителям.

Чем у нас действительно занимаются на мировом уровне – это разработкой алгоритмов и комплеков программ, которые позволяют полностью загрузить эти машины сложными задачами, которые невозможно решить в рамках простых ноутбуков или мощных настольных компьютеров.

В разных случаях нужны разные технологии – для задач машинного обучения чаще требуются графические ускорители, для задач связанных с вычислительной гидродинамикой (например, моделирование прорыва дамбы или захоронения ядерных отходой) чаще требуются мощные процессоры. 

В производстве же, на мой взгляд, мировой тренд – это повышение энергоэффективности высокопроизводительных систем, так как затраты на электроэнергию в процессе экслуатации, оказываются сопоставимыми с исходными капиталовложениями по созданию суперкомпьютеров.

Другая проблема, которая, по-видимому, скоро станет острой – это выход на предел техпроцесса самих процессоров. Сделать их “мельче” и повысить производительность уже просто не получается, не позволяет физика. Нужны какие-то новые решения…

ЭВ: Где сконцентрированы выдающиеся умы в области суперкомпьютерных разработок?

Сергей Матвеев: Суперкомьютерное направление – очень ёмкое и требует одновременного вовлечения большого количества специалистов, невозможно выделить конкретных людей.

Нужны специалисты по отдельным его компонентам: по процессорам, оперативной памяти, питанию, стойкам, сетевому оборудованию, системам хранения данных. Нужны инженеры, которые могут обустроить (а чаще – построить) помещение (а это охлаждение, подводка питания и другие вопросы). Нужны специалисты, которые объединят все разнородные компоненты в единую систему и сделают её доступной для пользователей, а потом будут поддерживать в работающем состоянии. В конце концов, для всей этой махины нужны грамотные пользователи, которые загрузят её подходящими задачами, чтоб обеспечить понятные и полезные результаты её дорогой эксплуатации (например, довольно старенький уже суперкомьютер Ломоносов потребляет количество электроэнергии, сопоставимое с энергопотреблением района Раменки г. Москвы , а это больше больше 137 тыс человек, плюс затраты на поддержку и зарплаты специалистам). 

Результаты ученых оформляются в виде международных статей в научных изданиях, индустриальные расчёты (например, моделирование материалов для повышения эффективности работы Li-ion батарей) идут в оптимизацию производств и на пользу обществу.

В России научном сообществе, как мне кажется, в области суперкомпьютерных вычислений лидируют НИВЦ МГУ, МФТИ, институты РАН ( ИПМ им. Келдыша, МСЦ РАН, ИВМ им. Марчука, ИВМиМГ СО РАН). В последнее время идёт бурное развитие данного направления в Сколтехе, надеюсь, что в ближаший год будет паритет с МГУ.

ЭВ: Если я правильно понимаю, Вы создали некую технологию, позволяющую ускорить процесс обработки больших массивов данных по сравнению с нынешним поколением суперкомпьютеров. Вроде бы, проходили публикации про экзафлопсные суперкомпьютеры, имеющие сверхмощности. Ваши разработки из этой серии или что-то альтернативное?

Сергей Матвеев: То, что мы сделали – скорее, наоборот, позволяет снизить потребность в использовании суперкомпьютеров. Мы разработали алгоритмы, которые для решения наших конкретных задач (моделирование роста и раздробления кластеров частиц) позволяют решать большие задачи с использованием хороших мощных ноутбуков и настольных компьютеров за разумные времена.

Раньше для их решения потребовалось бы задействовать суперкомпьютер, а это фактически автоматизированная расчётная фабрика: там есть своя очередь расчётов, в неё надо задачи ставить, получать квоты и тд. Разработанные нами алгоритмы позволяют проводить такое же моделирование, как и раньше, но без захода на эту “фабрику”.

ЭВ: Суперкомпьютеры сегодня доступны и понятны только горсти учёных и нескольким федеральным заказчикам типа Роскосмос. Есть ли надежда на то, что они через какое-то время будут доступны компаниям и людям?

Сергей Матвеев: Я не согласен, что суперкомпьютеры понятны лишь горстке ученых или федеральным заказчикам. Такие мощности есть у многих коммерческих компаний. которые их активно эксплуатируют по назначению.

Например, Schlumberger или Газпромнефть используют высокопроизводиельные вычислители для моделирования процессов фильтрации в пористых средах, это очень важный этап моделирования при разработке месторождений. Кто после этого скажет,что нефтянка – нетехнологичный сектор?

Сбербанк, группа Mail.ru, Яндекс выстраивают громадные ЦОДы (Центры Обработки Данных) для решения своих задач, обеспечение работоспособности тех же сервисов типа Яндекс-такси или Яндекс-погоды требует постоянной работы большого количества вычислительных мощностей.

Список можно продолжать долго, но совершенно очевидно — все наши технологические компании для решения ресурсоёмких задач используют свои “небольшие” суперкомпьютеры, просто анонсируют это не так часто, так как повседневностью редко хвастаются.