Чи причетна Україна до створення суперкомп’ютерів?
Нещодавно у засобах масової інформації промайнуло повідомлення про те, що в Росії запущений в експлуатацію суперкомп’ютер швидкісю 1012 операцій за секунду. При цьому підкреслювалося, що аналогічні комп’ютери зараз наявні лише в США та Японії. Що стосується сьогоднішнього дня, то це, мабуть, насправді так. Проте...
Чому сьогодні, коли світ насичений різноманітною обчислювальною технікою, масово використовуються персональні комп’ютери, мережа Internet об’єднала планету в єдиний інформаційний простір, актуальною залишається проблема створення й використання суперкомп’ютерів? А справа в тому, що науково-технічний прогрес підвів людство до такого рівня, коли необхідно розв’язувати проблеми непосильні для традиційних засобів обчислювальної техніки. Наведемо хоча б один наочний приклад.
Відомо, що в світі використовуються сотні мільйонів автомобілів, які витрачають у величезних кількостях бензин та дизельне паливо і тим самим суттєво забруднюють навколишнє середовище. Якраз наявність суперкомп’ютера дала можливість німецькому концерну «Фольксваген» провести за короткий проміжок часу величезну кількість обчислень по моделюванню конструкцій перспективних автомобілів та налагодити серійний випуск енерго і ресурсоощадливого легкового автомобіля «Лупо ТДІ». Цей автомобіль споживає 2,99 літрa дизельного палива на 100 кілометрів шляху. Крім того, вперше викид вуглекислого газу цим автомобілем становить менше ніж 90 грамів на кілометр. Тобто «Лупо ТДІ» є найбільш економічним та екологічним автомобілем у світі в цей час. Таких показників вдалось досягти шляхом оптимізації двигуна та зменшення маси автомобіля. Завдяки застосуванню такого легкого матеріалу, як алюміній вага «Лупо ТДІ» становить лише 800 кг, швидкість — до 170 км за годину, опір повітря — 0,29 (журнал «Німеччина», № 1/99). Але проектування автомобіля з такими характеристиками стало можливим лише завдяки моделюванню його конструкції в цілому, з урахуванням аеродинамічних та інших процесів, що відбуваються. Тільки суперкомп’ютеру стало під силу розв’язувати задачі, які при цьому виникають, з числовими даними до декількох десятків мільйонів.
Зараз немає жодної галузі в природничо-наукових дослідженнях, де б не використовувався суперкомп’ютер як один із основних інструментів дослідження явищ або об’єктів сучасного світу. У фізиці, фізиці плазми, космології, хімії, біології, медицині, фармакології, геофізиці, геології, метеорології та ін. широко використовуються такі моделі явищ, процесів, об’єктів, які не можуть бути реалізованими на звичайних комп’ютерах. На суперкомп’ютерах проводять чисельні експерименти, за результатами яких планують та ставлять натурні експерименти. Широко використовуються суперкомп’ютери у промисловості. На основі чисельних експериментів розробляються енерго- та ресурсозберігаючі об’єкти сучасної техніки. Без екологічних досліджень, які можуть бути проведені тільки за допомогою суперкомп’ютерів, не можна говорити про екологічну безпеку як країни в цілому, так і окремих її регіонів. Суперкомп’ютери сприяють безпеці працівників у різних сферах людської діяльності. Вони застосовуються при створенні тренажерів для навчання рятівного персоналу при виникненні значних катастроф, працівників атомних електростанцій, а також для прогнозування наслідків їх дій, тощо. Використання суперкомп’ютерів та чисельного моделювання з динамічною віртуалізацією при розробці об’єктів нової техніки дає можливість перебирати величезну кількість варіантів і тим самим суттєво скорочувати термін створення об’єктів та покращувати їх якість. Динамічна віртуалізація дає можливість наочно представляти процеси, що відбуваються в динаміці, чи то у віртуальній лабораторії по вивченню руйнувань автомобілів під час їх зіткнень, чи у віртуальній медицині при виконанні складних хірургічних операцій. Віртуальне зображення місця катастроф суттєво полегшує розуміння процесів, що мали місце насправді, та допомогає прогнозувати наслідки тих чи інших рішень, щодо їх ліквідації. Успішно використовують суперкомп’ютери для виконання процесів анімації в мистецтві, криміналістиці та інше.
Наш співвітчизник академік В.М. Глушков дуже добре розумів значення комп’ютерів для технічного прогресу країни і в останні роки свого життя зі своїми послідовниками займався створенням суперкомп’ютера для науково-технічних розрахунків (Офіційний реєстраційний номер ЕС 1766). Ним та його сподвижниками ще в 1979 році, вперше в світі, було застосовано принцип побудови суперкомп’ютера з множинним потоком команд та даних. Зазначимо, що ще у 80 х роках у США та Японії розроблялися суперкомп’ютери з векторно- конвеєрною обробкою, архітектура яких була запропонована фірмою Cray.
Минули роки і за цей час у світі створені сотні суперкомп’ютерів, які використовують архітектуру, що вперше була теоретично обгрунтована та практично реалізована в Інституті кібернетики під керівництвом В.М. Глушкова. Так, у 2000 році фірмою IBM був створений високопродуктивний комп’ютер ASCI White SP, що складається з 8192 мікропроцесорів, продуктивністю 1013 операцій в секунду. А сьогодні фахівці в галузі комп’ютерних технологій передбачають створення до 2004 року суперкомп’ютерів продуктивністю 1014 операцій в секунду, а до 2010 року — 1015 операцій в секунду. Лідерами в гонці по створенню суперкомп’ютерів є всесвітньовідомі фірми IBM, Intel, SGI, Hitachi, Fujitsu, NEC та інші. Багатомільярдні вкладення у розробку суперкомп’ютерів, їх використання в розвинутих країнах та стрімке збільшення їх продуктивності пояснюється тим, що вони в значній мірі сприяють забезпеченню національної безпеки та економічної незалежності країни, а також світовому науково-технічному прогресу.
В усьому світі суперкомп’ютери та їх використання відіграють виключно важливу стратегічну роль. Європейські країни за останні десять років значно збільшили фінансування на розробку прикладного програмного забезпечення суперкомп’ютерів. В Барселоні Європейською Комісією створено Центр супер- і квантових комп’ютерів, який керує дослідженнями в цій галузі в рамках Європейського Союзу. Тільки в ФРН в роботах щодо створення програм та розв’язування задач на суперкомп’ютерах зайняті понад 175 різних організацій (наукових центрів, університетів, промислових підприємств, екологічних організацій, тощо). Проте, на теперішній час, ринок суперкомп’ютерних систем монополізований в основному американськими фірмами. Це — закономірний результат політики, що проводиться протягом десятків років урядом США, який всіляко сприяє розвитку даного напрямку у вигляді державних замовлень, спеціальних програм, прямих бюджетних фінансувань і грантів та побічних — у вигляді всіляких підтримок і пільг— моментів. (Інформацію про п’ятсот сучасних суперкомп’ютерів можна отримати в Internet за адресою http://www.top500-org).
Ну, а що ж Україна? Співробітники Інституту кібернетики НАНУ намагаються продовжити наукові дослідження щодо розробки методів аналізу та розв’язування задач і створенню інтелектуального програмного середовища для паралельних комп’ютерів. При цьому використовується практично втілена ще у вітчизняних комп’ютерах серії МІР (Машина для інженерних розрахунків) ідея про те, що продуктивність комп’ютера визначається не лише його швидкодією, що вимірюється кількістю виконуваних за секунду операцій, а перш за все рівнем його внутрішнього «інтелекту» та рівнем програмного забезпечення. Одна з таких робіт виконана та ще одна виконується на замовлення та за кошти Федерального міністерства з освіти науки та технологій Німеччини, в рамках TRANSFORM-програми Рамкової угоди № 730 між Урядами України та ФРН про консультації та технічне співробітництво. На основі виконаних наукових досліджень може бути створений принципово новий клас комп’ютерів для науково-технічних розрахунків — сімейство інтелектуальних комп’ютерів (інтелектуальних персональних комп’ютерів, інтелектуальних робочих станцій та інтелектуальних MIMD-комп’ютерів). Проведені дослідження показали, що скоротити час розв’язування задачі можна не тільки за рахунок розпаралелювання обчислень, але також і за рахунок інтелектуалізації програм та комп’ютерів, що здійснюється завдяки архітектурі комп’ютера та інтелектуального програмного забезпечення. Такий клас комп’ютерів може бути конкурентоздатним на міжнародному комп’ютерному ринку. Створення сімейства інтелектуальних комп’ютерів було включено в Науково- технічну програму «Засоби інформатизації та обчислювальної техніки» (шифр: «Інформатизація 2005» на 2001 — 2005 роки). Проте коштів на виконання цієї програми поки що немає. Звернення до деяких українських бізнесменів із пропозиціями фінансувати розробку зі створення сімейства інтелектуальних комп’ютерів, які могли б приносити прибуток до 100 мільйонів доларів США на рік, поки що не знайшли підтримки.
Академік В.М. Глушков, який чвертьстоліття тому передбачив роль та значення суперкомп’ютерів у житті сучасного суспільства, створив усі передумови для того, щоб Україна могла розробити свій власний комп’ютер, який би відповідав за своїми функціональними можливостями сучасному суперкомп’ютеру й забезпечив би її національну безпеку та економічну незалежність.
Будемо сподіватися, що державна, політична та ділова еліти України зрозуміють значення високопродуктивних обчислень та вітчизняних сучасних комп’ютерів для науково-технічного прогресу країни.
Тадеуш МАР’ЯНОВИЧ, заступник директора Інституту кібернетики ім. В. М. Глушкова НАН України, член-кореспондент НАН України, Ігор МОЛЧАНОВ , професор, зав. відділом Інституту кібернетики ім. В. М. Глушкова НАН України
