Зачем российской промышленности суперкомпьютерный центр «Лаврентьев»?

В Новосибирском государственном университете состоялось очередное заседание Интеллектуального клуба НГУ, на которое были приглашены научные сотрудники университета, институтов СО РАН, а также представители местных органов власти и более 30 новосибирских промышленных компаний, включая АО «Электроагрегат», НЗХК, ОАО «Завод «Труд», ООО «Экспасофт», Новосибирский приборостроительный завод и другие. В ходе встречи эксперты ответили на самые важные вопросы о суперкомпьютерах и их роли в развитии российской промышленности.

Спикеры:

Максим Федоров - Ректор Научно-технологического университета «Сириус». Преподавал в Кембриджском университете. Имеет опыт открытия двух суперкомпьютерных центров в Западной Шотландии и Сколтехе.

Алексей Окунев - Кандидат химических наук. Директор Высшего колледжа информатики НГУ. Директор Суперкомпьютерного центра «Лаврентьев»

Михаил Марченко - Директор Института вычислительной математики и математической геофизики СО РАН. Научный руководитель Суперкомпьютерного центра СО РАН.

Вопрос: Что представляет из себя суперкомпьютерный центр?

Максим Федоров:

Суперкомпьютер — определение все время меняющееся, поскольку мы видим несколько революций, которые сейчас происходят, а некоторые десктопы за счет использования графических ускорителей уже по многим показателям обгоняют те машины, которые считались суперкомпьютерами еще несколько лет назад. Поэтому самое такое практическое определение — это машина, которая превосходит возможности десктопов как минимум на два порядка.

Что такое суперкомпьютерный центр? На мой взгляд, СКЦ для промышленности — это не только сама вычислительная машина и, соответственно, ее обслуживание. Это сложное техническое сооружение и целый штат программистов и инженеров, которые отвечают за работоспособность data-центров и обладают широким спектром экспертизы. Они могут не только предоставлять, как это говорится на профессиональном жаргоне, сырое компьютерное время, но и услуги — уникальные и востребованные.

Вопрос: Зачем российской промышленности суперкомпьютерный центр?

Алексей Окунев:

В диалоге с нашими партнерами, когда мы обсуждали, каким должен быть наш суперкомпьютер, постоянно слышали об одной и той же проблеме: нехватка экспертизы, опыта работы с серьезными вычислениями.

Когда каждая организация пытается независимо решать какую-то задачу, получается, что не хватает айтишников, которые могут соответствующий софт запустить; не хватает инженеров, чтобы автоматизировать процессы, развернуть систему, позволяющую одновременно подключаться большому количеству пользователей. И было бы здорово, если бы был центр, в котором все объединяется: приходят ребята, которые ищут работу; работодатели, которые готовы дать задачи или спросить совета у коллег. Собственно, поэтому мы мыслим СКЦ в первую очередь как точку концентрации тех, кому нужны высокопроизводительные вычисления, софт и кадры.

Михаил Марченко:

Поскольку компании, как правило, занимаются поиском своего места на рынке, речь идет о достаточно тонком понимании того, что нового предложить потребителю. Как показывает опыт, на современном этапе развития технологий промышленности не обойтись без вычислительных экспериментов и обработки большого массива данных для цифрового моделирования тех же физических, химических и технических процессов.

Иными словами, суперкомпьютер позволит предприятиям планировать эксперименты, обрабатывать данные, моделировать на их основе процессы и сами технологические установки и переходить к новому уровню математических моделей — тем самым цифровым двойникам, которые практически полностью имитируют работу изделия и сопровождают реальную установку с момента зарождения идеи до ввода ее в эксплуатацию и гарантийного обслуживания.

Вопрос: Какие задачи способен решать суперкомпьютер?

Михаил Марченко:

Примеров, безусловно, много. Например, решение задачи, связанной бафтингом — опасными вибрациями, влияющими на безопасность и устойчивость полета. Суперкомпьютерные вычисления позволяют спрогнозировать эти вибрации. Еще суперкомпьютер полезен в решении таких задач как поиск новых углеродно-нейтральных видов топлива, улучшение конструкции ядерного реактора, улучшение хранения энергии на основе водорода.

Алексей Окунев:

Есть предприятия, на которых необходимо разделять полезную руду и побочный продукт. Это делается с помощью пены, которая работает как в стиральной машине: уносит всю грязь, а ценное остается. Ну и необходимо рассмотреть характеристики этой пены: куда движется, как движется. Собственно, подобные задачи решаются с помощью суперкомпьютеров.

Внедрение концепции «Умного города» (региона, здания) также связано с суперкомпьютером. Он является ядром этой концепции, в которое стекается вся информация и которое выступает инструментом для поддержки принятия решений.

Вопрос: Что российской промышленности сможет предложить СКЦ «Лаврентьев»?

Максим Федоров:

У Новосибирска есть хороший методологический задел для суперкомпьютерных вычислений. Есть специалисты, которые смогут провести высокопроизводительные расчеты и превратить сырое компьютерное время в востребованную и уникальную услугу для промышленности.

Алексей Окунев:

Чтобы решать передовые задачи, необходимы передовые инструменты. Суперкомпьютерный центр «Лаврентьев» является таким инструментом, мозгом Новосибирского региона, который должен увеличить российские вычислительные мощности с учетом потребностей научных, образовательных и промышленных организаций. Сегодня в консорциум входит 15 компаний, и НГУ выступает точкой сборки идей и решений. Но мы продолжаем активно искать индустриальных партнеров, которые нуждаются в суперкомпьютерных вычислениях для решения своих задач.

Из уже реализованных проектов — продвинутые видеокамеры, которые вместе с компанией-партнером «Экспасофт» мы обучали распознавать, носит ли человек на производстве форму (защитную каску и яркий жилет) или нет. Таким образом можно следить за людьми на производстве на предмет того, нарушается ли техника безопасности. Еще — привлечение искусственного интеллекта для расшифровки тибетских рукописей. Это делалось в содружестве с МТС и Институтом монголоведения, буддологии и тибетологии СО РАН.

Из задач, которые мы ставили перед собой при проектировании центра — снижение срока подбора дозировки лекарств перед операцией с семи дней до одного часа с помощью расчетов потоков крови. И снижение шумности и вредных выбросов отечественного авиадвигателя. Ранее наши двигатели выдавливались с рынка с помощью постоянно растущих стандартов по шуму. И тут все очень просто: чем мельче расчетная сетка, чем выше вычислительная мощность, тем быстрее находится конфигурация, которая имеет более низкий шум. Соответственно, дальше уже они идут в производство. Этими разработками довольно давно занимаются Институт теплофизики СО РАН, Институт теоретической механики СО РАН.

В перспективе ждут проекты по дистанционному зондированию Земли, система предотвращения и раннего оповещения о катастрофах (данные мониторинга поступают в СКЦ, обрабатываются, и получаем решение). Ну и, конечно, СКЦ «Лаврентьев» является одной из ключевых точек такого проекта мирового уровня, как Сибирский кольцевой источник фотонов (СКИФ). Он тоже требует больших вычислительных мощностей.

Справка:
Проект суперкомпьютерного центра «Лаврентьев» предполагает строительство и оснащение центра высокопроизводительных вычислений и анализа больших данных мирового уровня. Он в десятки раз увеличит суммарную производительность вычислительных систем академических учреждений СО РАН. Плановый срок реализации — 2025 год.