Версия для печати
Вернуться к списку

В погоне за флопсами. Станет ли Россия суперкомпьютерной державой?

На последнем в этом полугодии заседании Президиума РАН была затронута актуальнейшая суперкомпьютерная тема. Научный руководитель Института прикладной математики им. М.В.Келдыша РАН академик Борис Четверушкин выступил с докладом о мерах по развитию суперкомпьютерных цифровых технологий в РФ.

“Надо уметь найти в каждый особый момент то особое звено цепи, за которое надо всеми силами ухватиться, чтобы удержать всю цепь”, - процитировал Ленина академик, имея в виду, что для развития современного мира таким звеном являются суперкомпьютерные технологии. В США, Японии, Китае, государствах Западной Европы приняты специальные программы, проводятся масштабные мероприятия по консолидации усилий различных организаций, на эти цели выделяются значительные финансовые средства, что позволяет быстрыми темпами наращивать мощности суперкомпьютеров.

Недавно американцы объявили о введении в строй 200-петафлопсной (то есть 10 в 15-й степени флопс) вычислительной системы Summit. Ее энергоемкость составляет 15 МВт (имеется в виду только энергоемкость вычислительной системы, а общего комплекса - выше в полтора-два раза - А.С.). Компьютер используется, в частности, для моделирования погоды и климата как в целых регионах, так и в отдельных географических пунктах.

До этого самой мощной машиной в мире был китайский Sunway, имеющий более 100 млн ядер, мощностью в 93.0/125.4 PFLOPS и энергоемкостью 15.4 МВт. В Японии к 2021 году собираются ввести в строй систему 300-500 PFLOPS. Проектируют еще одну мощную систему и американцы.

Как рассказал докладчик, наряду с национальными создаются и крупные региональные вычислительные центры. Только в Германии компьютерные системы производительностью 5-10 PFLOPS работают в Юлихе, Штутгарте, Мюнхене, Дрездене, Гамбурге, Фрайбурге. В Штутгарте к 2019 году планируют ввести в строй систему в 25 PFLOPS.

Овчинка стоит выделки: суперкомпьютеры используются в фундаментальной науке (астрофизика, квантовая химия и др.), аэрокосмической индустрии, термоядерной традиционной энергетике. Нужны мощные вычислительные машины в области добычи, разведки, рационального использования углеводородного сырья, для прогнозирования погоды, изучения климата и загрязнения окружающей среды. Применяются они, конечно, и в военной промышленности. Необходимы они в индустрии больших данных (big data), в органах государственного и корпоративного управления, в медицине и фармакологии, в сельском хозяйстве, в области дистанционного зондирования Земли, в области нано- и биотехнологий и т.д.

Как отметил Б.Четверушкин, высокопроизводительные вычисления позволяют резко ускорить (в 2-2,5 раза) и соответственно удешевить создание новых образцов техники.

- Их применение обеспечит прогресс практически во всех направлениях фундаментальной науки, областях народно-хозяйственной деятельности, социальной сфере. Они являются залогом успешного развития России в следующем десятилетии, - подчеркнул докладчик.

Россия отстает от развитых стран в области создания и применения стандартных кластерных суперкомпьютеров. Ведущие научные, учебные и промышленные российские центры недостаточно оснащены вычислительными мощностями, и это - сдерживающий фактор развития суперкомпьютерных технологий в стране. Остаются нерешенными вопросы финансирования их развития, а также оснащения на ближайший период ведущих центров страны вычислительными мощностями порядка 10 PTFLOPS каждый, отметил академик. В России производительность 5 PFLOPS имеет только суперкомпьютер “Ломоносов” в МГУ, и этого, по мнению Бориса Четверушкина, “крайне недостаточно”. При этом развитие суперкомпьютерной отрасли - дело недешевое. Стоимость одной 0,5-петафлопной гибридной машины на процессорах CPU+GPU составляет около 300 млн рублей (при 50-200 КВт энергоемкости).

В то же время Россия находится на передовых позициях по ряду перспективных направлений развития суперкомпьютеров (суперкомпьютеры с реконфигурируемой архитектурой, гетеровычислительные системы и ряд других) и фундаментальных исследований в области алгоритмов и прикладного математического обеспечения для вычислительных систем сверхвысокой производительности. В стране действуют крупные научные школы, решающие ряд проблем, связанных с созданием перспективных суперкомпьютерных технологий, усиливается внимание органов власти к проблеме развития и применения суперкомпьютерных технологий.

Борис Четверушкин отметил, что в госпрограмме “Развитие науки и технологий” на 2013-2020 годы, в Программе фундаментальных научных исследований государственных академий наук на 2013-2020 годы, а также в рамках программ Президиума РАН (например, “Фундаментальные основы создания алгоритмов и программного обеспечения для перспективных сверхвысокопроизводительных вычислений”, “Фундаментальные проблемы решения сложных практических задач с помощью суперкомпьютеров”) ведутся исследования по ряду суперкомпьютерных направлений. Однако уровень их финансирования недостаточен.

- Для успешного развития суперкомпьютерных технологий необходимо наличие высокопроизводительной вычислительной техники, поддержка со стороны властных структур, наличие квалифицированных кадров, причем высшей квалификации: специалисты должны владеть и прикладной математикой, и системным программированием, и архитектуруой машин, и теоретической математикой, и др. Надо тему знать так, как учили в московском Физтехе в 50-70-е годы прошлого века, - сказал Б.Четверушкин.

Академик напомнил о том, что лет пять назад в кулуарах говорили: зачем нам нужны эти суперкомпьютеры? Сегодня понимание проблемы есть. Но нет денег.

- На ближайшие семь с половиной лет всего планируется 32 млрд рублей, на всю страну, и в этих планах не написано, откуда брать деньги, - отметил докладчик.

Б.Четверушкин обратил внимание коллег на то, что в ближайшем будущем Россия должна создать несколько центров федерального уровня с суперкомпьютерами производительностью 10 PFLOPS, а также центры регионального уровня с суперкомпьютерами производительностью 3 PFLOPS. Важно также развивать отечественную элементную базу, организовать подготовку специалистов высшей квалификации, создать законодательную и регламентирующую базы.

По мнению докладчика, необходимо распределять вычислительные ресурсы на конкурентной основе, то есть “ставить” центры не там, где есть административное давление, а там, где имеется возможность решения больших задач, а дальше - смотреть, кто может решить эти большие задачи.

- В противном случае мы получим машину и будем ее долгие годы осваивать, а технологии уйдут вперед (срок жизни компьютера - 3-5 лет), - подчеркнул ученый, добавив, что в РАН необходимо иметь вычислительный центр производительностью 10 PFLOPS, который должен стать “полигоном для развития современных суперкомпьютерных технологий”.

- Конечно, должно быть еще созвездие региональных центров. Эти задачи - на ближайшую перспективу. Нельзя отодвигать решение имеющихся проблем на 2023-2025 годы, - подчеркнул академик.

Вопросов к докладчику было много. Обсуждали, какие алгоритмы нужны для современных вычислительных машин, трудно ли писать программы на гибридных суперкомпьютерах, как графические платы перерабатывают логические операции, в каких регионах нужно создавать большие вычислительные центры, каково будущее квантовых вычислений...

Президент РАН Александр Сергеев, выслушав выступавших, посоветовал активнее готовить предложения, в особенности по нацпроекту “Цифровизация”, в котором Академия наук “не присутствует”, но должна в него попасть. Он также предложил “больше учитывать возможности сотрудничества с госкорпорациями и регионами”.

- Наши предложения следовало бы соединить с другими, чтобы выглядело более весомо, - сказал глава РАН, напомнив, что при этом стоит “исходить из реального финансирования”.

Первый заместитель министра науки и высшего образования Григорий Трубников согласился с Александром Сергеевым в том, что РАН должна принимать активное участие в национальном проекте “Наука” и продвигать свои идеи по развитию суперкомпьютерных цифровых технологий.

- Отреагирую на дискуссию, - сказал он. - Вот в МГУ в высшей степени готовности уже существует комплексная научно-техническая программа “Цифровой прорыв”. Эта программа впервые не о том, что надо наращивать вычислительные мощности, - в ней показан четкий экономический эффект от развития и внедрения. На 5-7 процентов увеличение нефтедобычи, сокращение сроков получения новых лекарств (эффект до 500 млрд руб.), сокращение урона от пожаров до 1 млрд руб. в год и т.п.

Г.Трубников также напомнил, что вычислительным центрам не нужно придавать “окрас университетов или академических институтов”, они должны быть межведомственными.

Ректор МГУ академик Виктор Садовничий рассказал о строительстве суперкомпьютера “Ломоносов”, отметив, что вуз вместе с РАН предложил создать национальный центр сверхвысокопроизводительных вычислений гражданского назначения для науки, технологий и образования. Новый вычислительный сегмент суперкомпьютера “Ломоносов-2” построен на базе отечественных процессоров “Байкал” при финансовой поддержке Минпромторга. Его производительность - 5 петафлопс. У компьютерного центра МГУ сегодня более 3 тысяч пользователей по всей стране: 21 факультет институтов МГУ, 95 институтов РАН, 102 вуза.

Из 50 млрд руб. бюджетных и внебюджетных средств Программы развития МГУ более 5 млрд руб. в 2010-2018 годах были направлены на создание национального суперкомпьютерного центра на базе суперкомпьютеров “Ломоносов” и “Ломоносов-2”. Построенная инфраструктура центра позволяет увеличить мощность суперкомпьютера до 200 петафлопс, при этом сама технология суперкомпьютера допускает увеличение мощности до экзафлопных величин.

Ректор также рассказал о нацпроекте “Суперкомпьютерное образование” (“Создание системы подготовки высококвалифицированных кадров в области суперкомпьютерных технологий и специализированного программного обеспечения”), который реализуется под эгидой Комиссии при Президенте РФ по модернизации и технологическому развитию экономики России. Сегодня в составе Суперкомпьютерного консорциума университетов России - уже 62 полных и ассоциированных члена, на его базах прошли подготовку 600 человек.

- Не объединившись, мы не решим проблему конкуренции с другими странами. Надо выбрать несколько точек и создавать, как указал В.Путин, национальные центры. Хочу попросить при подготовке вопросов привлекать университеты, - заключил В.Садовничий.

- Я уверен, что мы должны объединиться и именно в Академии наук сделать самый мощный суперкомпьютер, - отметил в своем выступлении академик РАН Владимир Фортов.

Оптимизма прибавил и глава Новосибирского суперкомпьютерного центра член-корреспондент РАН Сергей Кабанихин. Он отметил, что в 2026 году Новосибирский суперкомпьютерный центр планирует создать суперкомпьютер производительностью 1 экзобайт.

Гендиректор АО “Корпорация “Тактическое ракетное вооружение” Борис Обносов рассказал, сколько суперкомпьютеры позволяют сэкономить времени и средств при создании современных вооружений, отметив особо, что помимо развития вычислительных средств “нужно возвратиться к вопросу национального вычислительного кода” (собственного программного обеспечения - А.С), ведь за последнее десятилетие на закупку и обновление западных программ были затрачены порядка 95 миллионов долларов. Кроме того, западные программы и алгоритмы “обладают рядом недостатков при специфических расчетах”.

Эту тему продолжил академик РАН Владимир Бетелин, представив доклад о технико-экономических проблемах создания отечественных суперЭВМ и импортозамещении.

- В России нет компаний с адекватными технологиями и объемами производства полупроводников, - констатировал В.Бетелин. - Мы используем элементную базу промышленности США. Глобальный рынок полупроводников в 2015 году составлял 335 млрд долларов. В 2017-м объем рынка микропроцессоров достиг 71,5 млрд долларов, в котором Intel занимал 60%. Российские IT-компании - это представители малого и среднего бизнеса, а значит, у РФ нет экономически значимых объемов выпуска полупроводников по этим технологиям. А ведь их массовое производство - технологическая основа создания суперЭВМ.

Академик РАН Геннадий Савин напомнил, что инициатором развития суперкомпьютерных центров два десятилетия назад была именно Российская академия наук. Она сотрудничала с суперкомпьютерными центрами в Сан-Диего и Мюнхене, находя необходимые средства на развитие суперкомпьютерных технологий даже во время дефолта.