О том, в каком направлении движется развитие информационных технологий.
Сегодня учёные для решения своих задач используют суперкомпьютеры – мощнейшие системы с высокой производительностью. Что представляют собой эти устройства и для чего они нужны человечеству? В каком направлении вообще движется развитие информационных технологий? Об этом “Свидетелю” рассказал заместитель директора по научной работе Института вычислительных технологий СО РАН, кандидат технических наук Андрей Гуськов.
Справка
Суперкомпьютер — вычислительная машина, значительно превосходящая по своим техническим параметрам большинство существующих компьютеров.
Некоторые области применения суперкомпьютеров: математические проблемы, физика высоких энергий, наука о Земле, вычислительная биология, химия и медицина.
В Новосибирске самые крупные суперкомпьютерные кластеры стоят в Институте вычислительной математики и математической геофизики СО РАН и в Новосибирском государственном университете.
– Какие задачи решают суперкомпьютеры?
– Задачи самые разнообразные и во всех без исключения областях наук. В общем случае, учёному нужно сделать какие-то расчёты на основании определённых данных и алгоритмов, но он понимает, что на обычном компьютере на это уйдут месяцы или годы, а на суперкомпьютере эту же задачу можно будет решить за несколько часов. Например, в нашем институте лаборатория под руководством Сергея Григорьевича Чёрного занимается моделированием гидротурбин – они определяют, какой должна быть структура её лопастей, чтобы нагрузка воды распределялась на них оптимально, и чтобы при этом КПД был эффективный. Иными словами, чтобы увеличить срок службы и проектную мощность турбины.
Другой пример задачи – моделирование цунами. Его результатом является ответ на вопрос, какую угрозу для дальневосточного побережья России несёт в себе волна цунами, порожденная землетрясением в том или ином месте. Степень опасности в каждом возможном случае можно определить заранее, построив и рассчитав математическую модель, учитывающую эпицентр и магнитуду землетрясения, конфигурацию дна и другие данные.
Ещё один пример. В нашем институте с 2007 года работает Центр мониторинга окружающей среды и социально-экономических процессов, его задачи – получать спутниковые снимки с разных космических аппаратов, складывать их в одном месте, обрабатывать и выдавать оперативную и ретроспективную картины (по пожарам, наводнениям, погодным условиям, растительному покрову и так далее) для нужд научного сообщества. Это уже пример сложного, с точки зрения инфраструктуры, проекта: необходимы комплекс приёма данных спутниковых наблюдений (и здесь для нас ключевую роль играет сотрудничество с Сибирским центром НИЦ “Планета”), системы хранения данных (суммарный размер архива уже более 100 терабайт), вычислительный кластер и высокоскоростные каналы связи между ними (ежедневный объём данных достигает 100 гигабайт). А для их работы нужны системы обеспечения: бесперебойное электропитание, климат-контроль, пожаротушение, мониторинг. Их эксплуатацией уже занимаются не сами ученые, а специальные технические службы.
Команда Hp-pro.net поможет повысить эффективность бизнеса путем создания надежной, защищенной, современной IT инфраструктуры на базе новейшего оборудования. Сервер HPE Proliant ML350 – это оптимальный сервер для: предприятий, где нужно наладить непрерывность бизнес-приложений с помощью высококлассного серверного оборудования, обеспечивающего высокую надежность и быстродействие. Все подробности тут: https://www.hp-pro.net/Netshop/Servers-HP/Proliant-ML/350/
Благодаря любопытству
О том, как используется информация из Центра мониторинга, и насколько мощны самые мощные компьютеры, рассказали научные сотрудники ИВТ СО РАН Дмитрий Чубаров и Александр Авдюшенко, кандидат физико-математических наук.
– Основная задача “Планеты” – это оперативная поддержка ведомств, которым нужна информация о состоянии окружающей среды, например, МЧС, – рассказывает Дмитрий Чубаров. – У учёных немножко другие потребности: им интересно изучать не только настоящее, но и прошлое, чтобы узнать что-то о будущем. Например, один из наших пользователей – Бурятский научный центр СО РАН в Улан-Удэ. Они использовали данные, полученные с французских спутников, чтобы изучать проявления выхода природного газа со дня Байкала. Зимой, когда он поднимается, образуется необычное природное явление – большие круги на льду. И это лишь одно из их исследований.
Центральный сибирский ботанический сад СО РАН занимается с помощью наших снимков построением карт растительности, например, полуострова Ямал. Здесь спутниковая информация незаменима.
– Сейчас задачи настолько сложны, что у одного процессора просто не хватит мощности, чтобы решить их в разумное время и с необходимой точностью, – вступает в диалог Александр Авдюшенко. – В современных персональных компьютерах и даже в смартфонах уже по два, четыре и больше ядер, в суперкомпьютерных кластерах, которые есть в мире, количество ядер исчисляется тысячами и даже миллионами. А мощность суперкомпьютеров Информационно-вычислительного центра НГУ с 2008 года, когда он был открыт, уже увеличилась в три раза. И если сначала система как будто не пользовалась большим спросом, то сейчас пользователи со своим задачами вынуждены вставать в очередь.
Открытая наука
Может ли обострение политической ситуации в мире сказаться на информационной безопасности нашей страны и на научном прогрессе? Андрей Гуськов считает, что мировое научное сообщество давно стремится к всё большей открытости, и в этом заинтересованы все страны.
– Я не могу говорить о безопасности государственных или военных баз данных, так как ничего про них не знаю. Что касается научно-исследовательских проектов, то здесь вопрос безопасности стоит не так остро.
Наука стремится к открытости, потому что стремится к новому знанию. Если два учёных работают над одной тематикой, они могут, “закрывшись” друг от друга, через какое-то время прийти к одному и тому же результату. Но если они начнут сотрудничать друг с другом, делиться своими знаниями, общие усилия дадут синергетический эффект, когда один плюс один – это больше двух. Общечеловеческий прогресс от этого ускоряется, и все это прекрасно понимают.
Всё больше современных исследований строится на стыке дисциплин – например, физики и химии, биологии и информатики – и новые знания получаются именно там. Но здесь также необходима открытость данных. Большая европейская исследовательская программа “Horizon 2020” одной из основных своих задач видит максимизацию открытости научных данных и возможности их повторного использования в других проектах. Я не говорю, что вопросы безопасности применительно к науке рассматривать не нужно. Я говорю о том, что научное сообщество уже давно идет по пути открытого международного сотрудничества, и лично мне очень бы хотелось, чтобы политическая ситуация этому способствовала.
– А если учёные других стран от нас закроются?
– По определённым направлениям мы сильно отстаём от Запада.
Мозги-то у нас не хуже, а вот с высокотехнологичным производством есть проблемы, причем систематические.
Взять те же компьютеры, комплектующие для которых мы импортируем. Представьте, насколько без компьютера упадет ваша личная эффективность. Точно так же пострадает эффективность работы всех остальных отраслей, и наука не будет исключением.
– В каком направлении развиваются информационные технологии? Сначала были компьютеры, теперь суперкомпьютеры, а дальше?
– Вы спрашиваете про шестой технологический уклад. Сейчас Россия находится где-то между четвёртым и пятым: мы импортируем некоторые ключевые технологии пятого уклада из области электронной промышленности, роботостроения, телекоммуникаций. Шестой этап, к которому мы стремимся, – это развитие наукоёмких технологий на основе нано- и биотехнологий, информационных, когнитивных технологий и их конвергенции, сближения.
Возвращаясь к суперкомпьютерам, да, мы научились быстро считать, но встаёт вопрос: что обсчитывать? Например, актуальная задача – смоделировать, как распространяется вирус в каком-то населённом пункте или области. Для её решения нужны разные исходные данные: плотность населения, механизм действия вируса, климатические условия. Таких данных много, но их очень трудно использовать, потому что они находятся в виде, непригодном для автоматизированной обработки. Для решения этой проблемы нужно договариваться, вводить правила и открытые стандарты… Источниками данных могут быть научные учреждения, государственные органы, коммерческие структуры. Казалось бы, какой интерес отдельно взятой организации показывать свою информацию? Но нужно понимать, что в таком случае тормозится прогресс в целом, теряются возможности для того, чтобы кто-то с ними сделал что-то полезное и нужное.
Есть предположение, что сейчас наука входит в четвёртую парадигму. Исторически, первая парадигма – это наблюдение за природными явлениями, вторая – проведение экспериментов, третья – произведение вычислительных операций и моделирование сложных явлений с помощью компьютеров, а четвёртая – интенсивное использование данных из разных источников. Получается, что суперкомпьютеры из объектов исследования, каковыми они были несколько десятилетий, превращаются в основной инструмент учёного.
