Борис Николаевич Четверушкин родился 26 января 1944
года в Москве.
В 1966 году окончил Факультет управления и прикладной
математики Московского физико-технического института (МФТИ), в 1968 году —
аспирантуру МФТИ. Далее в Институте прикладной математики АН СССР (с 1978 г. — ИПМ
им. М.В. Келдыша): младший научный сотрудник, научный сотрудник, старший
научный сотрудник, заведующий сектором. В 1990-1998 гг. — зам. директора
Института математического моделирования РАН (ИММ РАН), в 1998-2008 гг. —
директор ИММ РАН. В 2008 году в связи с объединением ИПМ им. М.В. Келдыша РАН и
Института математического моделирования РАН назначен на должность директора ИПМ
им. М.В. Келдыша РАН. С 2016 года — научный руководитель Института.
С 1972 года преподаёт на Факультете вычислительной
математики и кибернетики МГУ имени М. В. Ломоносова: сначала на Кафедре
вычислительной математики, затем с 1982 года — на Кафедре «Вычислительные методы»:
ассистент (1972-1978), доцент (1978-1989), профессор (с 1989). В настоящее
время — зав. Кафедрой «Вычислительные методы» Факультета вычислительной
математики и кибернетики МГУ им. М.В. Ломоносова, зав. базовой кафедрой
«Математическое моделирование» МФТИ.
Член-корреспондент c 2000 года, академик РАН c 2011 года
— Отделение математических наук.
Академик Б.Н. Четверушкин — выдающийся российский
математик, крупный специалист в области прикладной математики, параллельных
вычислений и математического моделирования, механики сплошной среды, автор
фундаментальных результатов, которые получили международную известность и
признание. Им разработаны алгоритмы для решения задач динамики излучающего
газа, в том числе оригинальный метод лебеговского осреднения по частоте фотонов
и «α-β» итерационный метод решения систем сеточных уравнений, предложил новый
подход к решению задач гидро- и газовой динамики — кинетические разностные
схемы. Эти методы применялись для моделирования важных научных, технических и
оборонных задач.
В 1971 году защитил кандидатскую диссертацию «Моделирование
задач динамики излучающего газа», в 1981 году защитил докторскую диссертацию, с
1989 года — профессор.
В конце третьего курса Б.Н. Четверушкин распределился
на базовую кафедру при Институте прикладной математики АН СССР, там же выполнял
дипломную работу — в ней представил свои первые научные результаты по
построению точных решений уравнения переноса. Далее занимался изучением
излучающих разрядов: им был разработан ряд оригинальных методов решения задач
магнитной радиационной газовой динамики. Наиболее интересен предложенный им
новый метод осреднения по группам при использовании многогруппового приближения
для решения задач переноса.
Решал прикладные задачи, связанные с созданием новой
техники. Эти работы, основанные на решении двумерных задач радиационной газовой
динамики, требовали при существующем в то время уровне вычислительной техники
разработки принципиально новых экономичных вычислительной алгоритмов. Одним из
получивших широкое распространение методов, предложенных в этот период,
является (сс-Р)-алгоритм — обобщение метода прогонки на многомерный случай. Б.Н.
Четверушкиным развито, а впоследствии его учениками и сотрудниками — обобщение
и усовершенствование классического алгоритма прогонки, заключающееся в
одновременном итерировании как значений искомой функции, так и прогоночных
коэффициентов (названное автором «α-β - итерационный алгоритм»).
Б.Н. Четверушкин получил выдающиеся результаты,
связанные с новым важным классом задач: математическим моделированием
субмикронных полупроводниковых приборов. Внес важный вклад в создание
квазигидродинамической модели, позволившей правильно описывать
электронно-дырочную плазму в новой области. Успешно развил разработанные ранее
алгоритмы для решения задач моделирования полупроводниковых приборов.
В 1983 году, основываясь на накопленном опыте решения
кинетических уравнений, Б.Н. Четверушкин предложил новый подход к построению
разностных схем для уравнений газовой динамики — кинетически-согласованные
разностные схемы. Основной идеей здесь явилось использование разностных схем
для уравнений Больцмана и последующее их осреднение. Исследование полученных
таким образом уравнений показало ряд существенных их преимуществ по сравнению с
традиционными схемами. В настоящее время это направление успешно развивается как
в его работах, так и в работах его учеников, а также другими группами
исследователей, в том числе и за рубежом.
Б.Н. Четверушкиным разработано Моделирование на основе
оригинальных кинетически-согласованных разностных схем течений вязкого газа и
жидкости, представляющих наибольший интерес в современной вычислительной
гидродинамике и связанных с нею задач неустановившихся и переходных течений,
аэроакустики, моделирования процессов горения. Как показали проведенные в
последние годы исследования, этот подход показал свою эффективность при решении
задач магнитной гидродинамики и высокотемпературной газодинамики и физики
плазмы. Данный подход показал свою плодотворность при решении наиболее трудных
для численного моделирования задач современной аэродинамики.
Выполненные Б.Н. Четверушкиным в 1988-1989 гг.
пионерские расчеты ряда сложных задач на компьютерах новой архитектуры
(транспьютерах), открыли, по существу, новое крупное и бурно развивающееся
направление — математическое моделирование сверхсложных процессов на
современных суперкомпьютерах с использованием новейших технологий параллельных
вычислений. Под его руководством создан и реально действует целый ряд
многопроцессорных транспьютерных программ для решения различных задач науки и
техники. Расчеты, проведенные по разработанным Б.Н. Четверушкиным и его
учениками алгоритмам и программам, продемонстрировали практическую
эффективность многопроцессорных транспьютерных систем.
Б.Н. Четверушкин является одним из пионеров
использования первых появившихся в нашей стране многопроцессорных систем с
распределенной памятью. Им успешно разрабатывается концепция вычислительных
алгоритмов, адаптируемых к архитектуре многопроцессорных ЭВМ с распределенной
памятью, разрабатываются модели, алгоритмы и математическое обеспечение,
позволяющие успешно моделировать на высокопроизводительных многопроцессорных
системах научные и технические задачи. В 2010 году, опираясь на эти научные
подходы, был создан и введен в эксплуатацию первый в России гибридный
вычислительный комплекс К-100.
Разработанные Б.Н. Четверушкиным и под его
руководством алгоритмы и прикладное программное обеспечение (программы
визуализации данных высокопроизводительных вычислений, программы рационального
разбиения на подобласти для неструктурированных сеток) успешно применялись для
расчета задач механики сплошной среды.
Он занимается вопросами практического применения
массивных параллельных вычислительных систем для решения сложных задач науки и
техники.
В сфере научных интересов Б.Н. Четверушкина находятся
алгоритмы для существенно многоядерных процессоров на основе графических плат и
их использование для решения задач математической физики.
Он и его ученики уделяют много внимания решению
проблем экологии, связанных в первую очередь с разработкой на основе
математического моделирования экологически чистого процесса сжигания
органических топлив. Полученные здесь результаты позволяют надеяться на
существенное снижение выброса в атмосферу оксидов азота при сгорании метана.
Другим важным направлением этой деятельности является моделирование задач,
связанных с добычей нефти и газа.
Б.Н. Четверушкин — ведущий участник большого
количества престижных научных форумов, участвует в работе Европейской
ассоциации вычислительной и прикладной математики ECCOMAS. Задействован в проекте
«Математическая генеалогия».
Около десяти лет Б.Н. Четверушкин возглавлял Институт
прикладной математики им. М.В. Келдыша РАН. Научный коллектив под его
руководством разрабатывал и ныне разрабатывает модели, алгоритмы и
математическое обеспечение, позволяющие успешно моделировать на
высокопроизводительных многопроцессорных системах научные и технические задачи.
Сейчас наступает время, когда простое наращивание мощности вычислительных машин
мало что дает — требуется «вмешательство» теоретической математики. Фундаментальная
и прикладная науки долгие годы были далеки друг от друга, но сейчас они не
только сближаются, но и сливаются. ИПМ им. М.В. Келдыша чрезвычайно интересен
всем именно потому, что в Институте очень хороший баланс фундаментальных и
прикладных исследований, здесь развивались и развиваются уникальные
математические школы — подобных в мире нет. Развиваются широкие контакты с
коллегами за рубежом, Институт участвует во многих международных проектах. Институт
активно помогает оборонным отраслям.
Б.Н. Четверушкин заведует Кафедрой математического
моделирования и прикладной математики МФТИ, базовая организация Кафедры — ИПМ
им. М.В. Келдыша РАН. Создание кафедры стало отражением возросшей роли
методологии математического моделирования в современном научно-техническом
прогрессе. Сущность математического моделирования состоит в замене исходного
объекта его «образом» — математической моделью — и в дальнейшем в изучении
модели с помощью реализуемых на компьютерах вычислительно-логических
алгоритмов. Этот метод познания, конструирования, проектирования сочетает в
себе многие достоинства как теории, так и эксперимента. Неудивительно, что
методология математического моделирования бурно развивается, охватывая все
новые и новые сферы — от разработки технических систем и управления ими до
анализа сложнейших экономических и социальных процессов. Триада
«модель-алгоритм-программа», сформулированная академиком А.А. Самарским, — сегодня
является интеллектуальным ядром информационных технологий.
На Кафедре две специализации: «Математическое
моделирование» и «Управление динамическими системами». Специализация
«Управление динамическими системами» образована на базе отдела «Динамика
космических систем» ИПМ им. М.В. Келдыша РАН.
Главная задача Кафедры — научить выпускников МФТИ владению
всеми компонентами методологии математического моделирования, снабдить их
универсальным научным инструментом, который может быть применен к самым разным
областям естествознания, технологии и науки об обществе.
Б.Н. Четверушкин также возглавляет кафедру
«Вычислительные методы» факультета Вычислительной математики и кибернетики МГУ
им. М.В. Ломоносова. Главная задача кафедры готовить специалистов, способных
создавать новые вычислительные алгоритмы, а также использовать их для решения
научных и технологических задач на высокопроизводительных системах.
Из интервью Б.Н. Четверушкина: «Наша страна пока здорово отстает по наличию
высокопроизводительной вычислительной техники от США, Китая, некоторых стран
Евросоюза. Понятно, что высокопроизводительная вычислительная техника стоит
очень дорого, но есть вещи, на которых нельзя экономить. Наш, ориентированный на выполнение научных
исследований, суперкомпьютер «Ломоносов» в МГУ — 5 петафлопс (петафлопс —
единица, используемая для измерения вычислительной мощности; обозначает 1015
операций с плавающей запятой в секунду) находится в четвёртой сотне
суперкомпьютеров мира. Другие системы в России представляют коммерческий
сектор. Это пять суперкомпьютеров Сбербанка, производительностью от 29 (занимающий
36-е место суперкомпьютер Червоненкис) до 9 Петафлопс и, входящий в пятую сотню
MTS GROM.
Самые мощные вычислительные системы — у США, Японии и
Китая. Возглавляет список, преодолевшая экзафллопсный барьер, американская
машина Frontier производительностью 1680 ПФлопс. На четвёртом месте, запущенная
Японцами в 2020 году машину «Фугаку», её пиковая производительность — 537
петафлопс, далее Финляндская с производительностью 380 Пфлопс , следом —
Итальянская. Китай представлен более чем ста машинами с производительностью от
93-х до 2-х, однако известно, что в Китае есть, как минимум два суперкомпьютера экзафлопсной
производительности, - Sunway TaihuLight в Национальном суперкомпьютерном центре
(NSC) в Уси и Tianhe-3 в NSC в Тяньцзине.
Правда, эти страны столкнулись с проблемой: алгоритмы
и математическое обеспечение не адаптированы к архитектуре экстра-массивного
параллелизма и в результате их суперкомпьютеры при всей их мощности часто
решают мелкие задачи.
Как раз Россия здесь далеко не на последнем месте — у
нас замечательная математическая школа, и это является нашим конкурентным
преимуществом. У российских ученых большие достижения, и он находятся на
переднем фронте исследований. Но мы уже подходим к пределу, изощряясь на той
технике, что у нас есть. Нужны более мощные машины! Хотелось бы, чтобы мы не
упустила здесь свои возможности. Увы, наши вычислительные системы отстают от
зарубежных аналогов в десятки раз. Это очень серьёзно, нужно найти средства,
чтобы конкурировать в этой гонке вычислений.
Важнейшим направлением использования суперкомпьютеров
надо признать сферу искусственного интеллекта и больших данных. Здесь
актуальным становится объединение методов, используемых в искусственном
интеллекте, например, применение нейросетей и методов прикладной математики и
математического моделирования.
Хочется, чтобы наша власть обратила внимание на призыв
учёных. России в силу её нынешнего геополитического положения необходимо резко
увеличить мощность вычислительного парка. Надо создавать линейку высокопроизводительных
машин. Возможные затраты — 200 млрд руб., но это тот случай, когда экономить
нельзя. Вспомним, в XX веке в разорённой войной стране мы создали атомную
промышленность. Сейчас нашли средства на борьбу с пандемией. Если не найдём их
на развитие вычислительной техники, начнём отставать по всем фронтам.
Ну, и во всех вузах нужно изучать основы big data,
методологии искусственного интеллекта и принципы работы нейросетей, что
является залогом успешного вхождения нашей страны в следующий технологический этап
и в чем состоит преимущество России на рынке IT-технологий.
Свою основную задачу вижу в сохранении высокого уровня
нашей прикладной математики, прежде всего, в области массивных вычислений и
крупномасштабных вычислительных экспериментов на современных суперкомпьютерах».
Б.Н. Четверушкиным создана научная школа,
разрабатывающая модели, алгоритмы и математическое обеспечение, позволяющее
успешно моделировать на высокопроизводительных вычислительных системах научные
и технические задачи — многие из его учеников стали известными учеными, среди
них два члена-корреспондента РАН, 6 докторов и более 30 кандидатов наук.
Он — автор более 400 научных работ, в том числе
четырех монографий и четырех изобретений. Специалистам известны его труды: «Математическое
моделирование задач динамики излучающего газа», «Kinetically finite difference schemes and their application to transitional flow prediction
// Experimentation, modeling
and computation in flow, turbulence and combustion», «Кинетически согласованные схемы в газовой динамике»,
«Высокопроизводительные многопроцессорные вычислительные системы: проблемы
использования и подготовки кадров», «Кинетические схемы и квазигазодинамическая
система уравнений», «Решение одномерных задач радиационной газовой динамики», «Проект
NuFuSE и разработка РМГД-методик для предсказательного моделирования процессов
в энергетических термоядерных устройствах», «Модель академика А.А. Самарского:
избранные статьи. Очерки. Документы» — составление и редакция: Б.Н. Четверушкин.
И др.
Главный редактор журнала «Математическое
моделирование», член редколлегии журнала «Вычислительной математики и
математической физики». Главный редактор сериального научного издания
«Препринты ИПМ им М.В. Келдыша».
Почетный профессор Балтийского федерального университета
им. И. Канта.
Заместитель академика-секретаря — руководитель секции Отделения математических наук РАН, член
Президиума РАН c 2013 года, председатель НКС ОМН РАН «Математическое
моделирование и суперкомпьютерные технологии», член Комиссии РАН по золотым
медалям и премиям имени выдающихся учёных, присуждаемым Российской академией
наук, Сопредседатель Совета РАН по координации научных исследований по
направлению «Cтратегические информационные технологии, включая вопросы создания
суперкомпьютеров и разработки программного обеспечения»
Член Совета приоритетного технологического направления
«Технологии высокопроизводительных вычислений, включая суперкомпьютерные
технологии», член межведомственной комиссии по суперкомпьютерным и
грид-технологиям.
Руководитель секции «Математика, информатика,
механика» экспертного совета Российского научного фонда, член бюро Совета РФФИ
и ONIV — российского отделения ECCOMAS.
Председатель Российского национального комитета по
индустриальной и прикладной математике.
Заслуженный деятель науки РФ.
Награжден орденом Дружбы.
Лауреат премии Правительства РФ.
Лауреат премии им. А.Н. Крылова РАН за работу
«Математическое моделирование неустановившихся газодинамических течений с
помощью многопроцессорных вычислительных систем».
Удостоен Золотой медали имени М.В. Келдыша РАН.
Лауреат Демидовской премии.
Награжден Орденом «За заслуги перед Отечеством» IV степени.