Новосибирск и Новосибирская область: свежие новости, объективный анализ, актуальные комментарии

Директор Института вычислительной математики и математической геофизики СО РАН Михаил МАРЧЕНКО о том, каким будет новосибирский суперкомпьютер.

Говоря об «Академгородке-2.0», чаще всего вспоминают о проектируемом Сибирском кольцевом источнике фотонов (СКИФе), хотя в планах обновления Новосибирского научного центра содержатся и другие амбициозные проекты. Среди них — создание в Новосибирске мощного суперкомпьютерного центра на базе кооперации НГУ и Института вычислительной математики и математической геофизики СО РАН и других институтов СО РАН. О будущем центре и других проектах института рассказывает избранный год назад директором ИВМиМГ СО РАН профессор РАН, доктор физико-математических наук Михаил Марченко.

— Михаил Александрович, если бы вы составляли топ событий жизни института за минувший год, что бы туда включили?

— Прежде всего — новые начатые проекты. Можно сказать, мы работаем на самом острие научных тем современности. Совместно с иркутским Институтом динамики систем теории управления и другими научными организациями выиграли в конкурсе крупных научных проектов Минобрнауки РФ и в течение трёх лет получим 100 миллионов рублей на решение интересной задачи по природоохранному прогнозированию в регионе Байкала. Ведём активную работу с китайской компанией «Хуавэй», которая открыла в Новосибирске свой рисёрч-центр в сфере IT. Совместно с Новосибирским госуниверситетом и другими институтами СО РАН работаем над проектом будущего глобального центра суперкомпьютерных вычислений и обработки данных, который разместится в Академгородке. Совместно с президиумом СО РАН и другими институтами СО РАН сформулировали концепцию Национальной экологической платформы — это сбор информации о происходящем в природе, её обработка и математическое моделирование на суперкомпьютере возможных будущих изменений окружающей среды. У нас прибавилось грантов Российского научного фонда, по одному из них мы совместно с Институтом ядерной физики и другими организациями занимаемся моделированием вычислительной системы для будущего перспективного проекта класса «мегасайнс» — супер-чарм-тау-фабрики ИЯФ. Совместно с коллегами из Москвы, Сарова и других институтов СО РАН подготовили также мощную научную заявку на конкурс крупных научных проектов Минобрнауки РФ, связанную с применением суперкомпьютерных технологий для моделирования опасных природных явлений. Заявка не прошла, но и её формулирование — тоже большое достижение нашего института.

— Суперкомпьютерный центр должен стать одним из «китов» будущего Академгородка-2.0 наравне со СКИФом. А как он будет выглядеть и из чего состоять?

— Один из вариантов, которые мы рассматриваем, — это строительство нового здания для суперкомпьютера, где разместятся машинный зал, сам суперкомпьютер, серверы для хранения данных, отдельное здание предусмотрено для научных лабораторий, учебных помещений для студентов, конгресс-центра. А пока, на первом этапе, предполагается усиление мощностей нашего института, Института вычислительных технологий и НГУ, чтобы потом по высокоскоростной сети эти мощности подключить к суперкомпьютеру. Имеющиеся у нас мощности уже используются полностью. И когда увеличим их в несколько раз, они опять заполнятся быстро, поскольку потребность в ресурсах суперкомпьютера у институтов, университетов, промышленных и IT-компаний очень высока. Уже сейчас необходимы мощности в несколько петафлопс — то есть несколько квадриллионов операций в секунду.

— Чем же заполняются эти мощности?

— Как пример — любой из институтов, занимающихся естественными науками, науками о Земле и жизни. Перед тем как приступить к какому-то крупному эксперименту, его предварительно проектируют и просчитывают на суперкомпьютере. Это в десятки раз уменьшает стоимость эксперимента. То же самое — создание цифровых двойников крупных энергетических установок, двигателей автомобилей или самолётов. По сути, это суперсерьёзные компьютерные программы. Если начинать с них, а уже потом делать реальный макет самолёта и помещать его в аэродинамическую трубу, получается не только дешевле, но и надёжнее. И это действует в любой науке. Перекачать большие данные из Новосибирска в суперкомпьютеры за его пределами непросто — возможности сети небезграничны. Поэтому суперкомпьютерный центр надо иметь у себя, в центре научно-технологической жизни региона, рядом с университетом, где готовятся кадры для работы, связанной с моделированием и цифровыми двойниками. Кроме НГУ, работать с суперкомпьютерами учат в НГТУ и СибГУТИ — в этом вузе мы планируем открыть новую кафедру, посвящённую суперкомпьютерному моделированию и обработке данных.

Надо, кстати, отметить, что такое предназначение нашего института было заложено его основателем академиком Гурием Ивановичем Марчуком. Вычислительный центр, как вначале назывался наш институт, был создан, чтобы помогать институтам и естественно-научного и гуманитарного профилей, и наши задачи всегда исходили из практических запросов. Так будет и сейчас. Создающийся суперкомпьютерный центр должен стать консорциумом научных институтов и университетов, которые станут вкладывать свои компетенции и интеллект в нужное для страны дело, а затем — катализатором развития экономики региона и страны в целом. И это будет яркой реализацией «треугольника Лаврентьева» — связи науки, образования и промышленности, а ещё, как добавляет председатель СО РАН академик Валентин Пармон, региональной власти. Вообще сейчас конкуренцию выиграет та страна, у кого мощнее суперкомпьютеры, лучше алгоритмы их работы и где трудятся лучшие умы.

— И у кого суперкомпьютеры сейчас самые мощные?

— Самым мощным сейчас считается японский суперкомпьютер «Фугако». Япония развивает собственную линейку суперкомпьютеров, решающих широкий круг задач — погода, энергетика, новые материалы. Поэтому лидирует сейчас именно она. Конкуренцию ей составляют США и развивающийся семимильными шагами Китай, где уже делают собственные процессоры для высокопроизводительных вычислений. В России есть свой топ-50 суперкомпьютеров, его лидеры — «Кристофари» в Сбербанке, «Ломоносов-2» в МГУ и суперкомпьютер Росгидромета, а в сфере академической науки — межведомственный суперкомпьютерный центр в Москве.

— Конкуренция за место размещения нового суперкомпьютера была большой?

— Суперкомпьютеры есть и в Томске, и в Красноярске, и в Иркутске, их всех надо поддерживать, но среди них должен быть лидер. Его место по праву в Новосибирске — это соответствует большому объёму задач, решаемых в Академгородке. А все вообще нужно объединить в сеть, с помощью которой можно было бы пользоваться ресурсами любого суперкомпьютерного центра.

Сейчас мы решаем, каким должно быть оборудование, «железо» нашего суперкомпьютера. Каждый участник координационного совета проекта говорит о своих потребностях — исходя из этого, мы понимаем, что туда закладывать: сколько массивно-параллельных процессоров, графических ускорителей, вычислительных систем с общей оперативной памятью, наконец, экспериментальных разработок российских и иностранных компаний. Упор при этом хотим сделать на отечественные, которые надо проверять на решении сложных задач.

— Что особенно сложно при обслуживании такой техники?

— Суперкомпьютер — самый верхний уровень вычислительной техники, некоторые вычисления на нём длятся месяцами, и всё это время он должен работать без перерыва. Опыт ведущих стран показал, что оборудование такого компьютера требует замены каждые три года — так быстро оно изнашивается физически и морально. Конечно, это обходится очень дорого, но отдача в любом случае намного перекроет затраты. У нас, например, сейчас подходит срок замены оборудования, купленного в 2017 году. А вот финансирование, как мне кажется, запаздывает. Деньги на обновление надо было выделить ещё год назад — мы можем чётко обосновать нашу потребность в ресурсах.

— Что сейчас новосибирский суперкомпьютерный центр может предложить городу и области?

— Например, природоохранное прогнозирование, по которому у нас есть конкретное предложение и которое сейчас будем реализовывать на Байкале. В нашем регионе и городе — в решении сложных практических задач: например, как и где прокладывать новые дороги, чтобы уменьшить вред для окружающей среды, где размещать заводы. При поддержке власти мы можем создать соответствующий ситуационный центр. С медицинскими институтами можно заниматься расчётом новых лекарств, помочь медикам понять, как работают возбудители болезней, что происходит с развитием инфекций, которые передаются человеку от человека или животных. Кстати, сейчас за рубежом суперкомпьютеры применяют, чтобы понять, как в клетку проникает коронавирус и как лекарства его побеждают.

Просчитывание оптимальных режимов движения автотранспорта с ситуационным реагированием на дорожные пробки — тоже будет по силам. Это же относится и к начавшему строиться четвёртому мосту: совместно со специалистами по строительству мы могли бы просчитать надёжность конструкций, с транспортниками — потоки автотранспорта, влияние моста как стратегического объекта на решение задач транспортной связности.

— Поскольку эти месяцы в Академгородке проходят под знаком 120-летия Михаила Лаврентьева, хотелось бы вспомнить, какую роль внесли он и его соратники в создание и развитие вычислительных мощностей Новосибирска…

— И здесь опять мы возвращаемся к Гурию Ивановичу Марчуку, который в 1975 году принял от Михаила Алексеевича руководство Сибирским отделением Академии наук. До приезда в Академгородок он занимался задачами численного прогноза погоды, расчётом реакторов и продолжил эту работу и у нас, например, помогая Гидрометцентру реализовывать на компьютерах численные модели прогноза. Гурий Иванович, объединяя компьютерные ресурсы в Новосибирске и других городах, закладывал прочный технологический научный фундамент решения важных народнохозяйственных задач Сибири. При нём в Вычислительном центре стали решаться те задачи, над которыми мы работаем и сейчас — помогая в деле создания новых материалов, в физике высоких энергий, при обработке сейсмических данных, и при разведке полезных ископаемых и многие другие.

Виталий СОЛОВОВ | Фото Валерия ПАНОВА