Компьютерная мощь Украины

9 февраля 2014, 23:18
0
1004

Что создают те, кто остался

Квантовый компьютер, созданный в Канаде компанией D-Wave, одним из основателем которой является украинец.

Одним из четверых учредителей канадской компании D-Wave Systems является ученый из Харькова Александр Загоскин, который эмигрировал в середине 1990-х в Канаду. Это была его идея: заняться разработкой квантовых процессоров на основе сверхпроводниковых элементов. Загоскин сумел привлечь инвесторов, собрать команду ученых — выходцев из СССР (например, значительный вклад внес профессор Института фотонных исследований в Йене Евгений Ильичев). Всего за пять лет совместными усилиями они сделали фантастику реальностью благодаря работе, начатой еще в нашей стране. ПРОИЗВОДИТЕЛЬ КВАНТОВЫХ КОМПЬЮТЕРОВ D-WAVE SYSTEMS ПОЛУЧИЛ МИЛЛИОННЫЕ ИНВЕСТИЦИИ. Основатель Amazon Джефф Безос и компания In-Q-Tel, призванная снабжать ЦРУ новейшим информационным оборудованием, вошли в группу инвесторов, решивших поддержать канадский проект создания квантового компьютера тридцатью миллионами долларов. Стоит напомнить, что «первый коммерческий квантовый компьютер» D-Wave One был продан ещё прошлой весной за 10 млн долларов. Покупателем стал оружейный гигант Lockheed Martin, установивший приобретённую машину — чёрный кубический блок с криогенной системой, своими размерами напоминающий первые компьютеры, — в Университете Южной Калифорнии. Американский производитель вооружений и авиакосмической техники решил задействовать D-Wave One в исследовательском проекте, нацеленном на создание эффективной автоматической системы поиска ошибок в специализированном ПО (ошибок такого рода, которые, скажем, затягивают испытания нового истребителя-бомбардировщика F-35). Компания Google совместно с NASA приобрела квантовый компьютер у единственного на сегодняшний день их продавца — канадской компании D-Wave. Об этом сообщается в официальном блоге Google. Объединение технологий D-Wave и Google также обеспечит возможность поиска в Сети через изображения, а не только слова. Модель, приобретённая Google и NASA, называется D-Wave Two и является усовершенствованной. Использование квантового компьютера для усовершенствования искусственного интеллекта — не единственная цель компании. "Мы также надеемся, что исследователи смогут создать более эффективные модели распознания речи, поиска в Сети и даже сворачивания белков с помощью новых технологий".
Александр Загоскин | www.lboro.ac.uk
Oкончил физический факультет ХГУ им. Горького (сейчас - ХНУ им. Каразина). Работал в Физико-техническом институте физики низких температур (ФТИНТ) АН УССР.
Один из учредителей D-Wave Systems [1], разработчик квантового компьютера.
С середины 1990-х годов — в Канаде. Эмигрировал из независимой Украины.
Доктор. Физический факультет Университета Лафборо.

Именно этот известный физик, выходец с Украины, был идейным вдохновителем проекта. В середине 1990-х он уехал в Канаду, где и стал одним из основателей будущей фантастической кампании. Это была его идея - заняться разработкой квантовых процессоров на основе сверхпроводниковых элементов. Загоскин сумел привлечь инвесторов, собрать команду ученых; практически все - выходцы из Советского Союза.

На начальном этапе у D-Wave Systems, основанной в 1999 году, никакой технологии не было, и они заключили соглашение с профессором Института фотонных исследований в Йене [см. ссылку] Евгением Ильичевым [Профессор Ильичев - руководитель группы лаборатории квантового детектирования Института фотонных технологий (Institute of Photonic Technology (IPHT), Йена, Германия), руководитель проекта «Квантовые свойства твердотельных наноструктур», автор множества публикаций и монографий, соавтор книги «Квантовые когерентные явления в Джозефсоновских кубитах».], также нашим соотечественником [Украина], на разработку квантового процессора на основе сверхпроводниковых датчиков. Работа длилась около 5 лет, с 2001 по 2006 год. Сначала был сделан один квантовый бит, потом два, затем дошли до четырех. Квантовый бит представлял собой кольцо микронных размеров из сверхпроводникового материала. Информация на него записывается направлением тока, который может течь в таком кольце в двух противоположных направлениях: по часовой стрелке и против. Именно существование таких состояний позволяет квантовому процессору реализовывать алгоритмы, недоступные обычным процессорам.

На данный момент в D-Wave работает около 60 сотрудников, но все вместе они - мощная группа ученых и разработчиков. В разное время они были связаны практически со всеми ведущими лабораториями, занимающимися квантовыми компьютерами, и сейчас привлекают к экспертизе ведущих экспертов мира по квантовой физике.

(С)



В киевском Институте кибернетики запущена вычислительная машина СКИТ-4, ставшая самой мощной в Украине


— Как смотрится украинский суперкомпьютер на фоне других вычислительных систем мира?

— Энергоэффективность в 788 Мфлопс/Вт выводит СКИТ-4 на 99-ю позицию в мировом рейтинге самых экологичных суперкомпьютеров Green500. Это отнюдь не слабый результат. Он свидетельствует о сохранении НАН Украины высокого уровня и потенциала в разработке современной компьютерной техники.

А самое главное то, что сложнейшие вычислительные задачи, требующие огромных объемов вычислений, Украина может решать сама, на своей технике, а не обращаться за помощью к другим странам. Однако по общей производительности СКИТ-4 лишь на 48-м месте в СНГ и значительно уступает лучшим зарубежным суперкомпьютерам.

В мировом рейтинге Топ-500 (ноябрь-2012) — 8 российских суперкомпьютеров, 4 польских, израильский и словацкий и ни одного украинского. В России более 50 моделей имеют производительность свыше 10 терафлопс (в Украине – лишь СКИТ-4), быстродействие российского суперкомпьютера «Ломоносов» приближается к петафлопсу.

Конечно, серьезных вычислительных мощностей в Украине не хватает. Мы все больше отстаем от других стран и теряем былые лидерские позиции в науке.



— Мы используем колоссальные возможности суперкомпьютера для создания новых препаратов против злокачественных опухолей, — говорит старший научный сотрудник Института молекулярной биологии НАНУ кандидат химических наук Николай Ильченко. — В нашу базу данных занесены сотни тысяч особых молекул, и нужно определить, какие из них способны помочь в лечении рака. Если делать это по старинке, то каждую из молекул необходимо синтезировать и испытать ее свойства. Это колоссальный труд. СуперЭВМ позволяет проводить такие эксперименты виртуально с помощью специальных компьютерных программ.

Это одна из множества задач, которые способна помочь решить самая мощная в Украине вычислительная машина.

— Суперкомпьютер может сделать даже школьник, — сообщил нам один из создателей самой мощной в стране ЭВМ научный сотрудник Института кибернетики НАН Украины кандидат технических наук Андрей Головинский. — Например, свой первый суперкомпьютер я построил в студенческие годы. Учился в Национальном университете имени Тараса Шевченко на механико-математическом факультете. Когда писал дипломную работу, нужно было выполнить очень большие объемы вычислений. Однако возможностей моего персонального компьютера не хватало, чтобы проводить их быстро. Пришлось объединить его с такой же машиной брата и ноутбуком.

— Сколько обычных компьютеров объединили, чтобы создать СКИТ-4?

— Двести. Сейчас вам их покажу.

Заходим в небольшой зал, в котором в два ряда расположены шкафы с оборудованием. Здесь стоит такой гул, что нам с Андреем приходится чуть ли не кричать, чтобы услышать друг друга.

— В этих шкафах и размещен СКИТ (аббревиатура расшифровывается как «суперкомпьютер для информационных технологий»), — объяснил ученый. — Он выполняет 18 триллионов (!) операций в секунду — примерно в десять тысяч раз больше, чем хороший персональный компьютер.

— Сколько весит эта гигантская ма­шина?

— Порядка десяти тонн. Она потребляет очень много электроэнергии — примерно столько, сколько все остальные подразделения нашего института. При работе суперкомпьютера выделяется большое количество тепла. Если воздух в этом помещении нагреется свыше 25 градусов, машина может давать сбой, поэтому пришлось закупить дорогостоящую систему климат-контроля.

Часть избыточного тепла вскоре будем отводить наружу для дополнительного обогрева коридора. Видите, возле двери лежит труба из картона — по ней и пойдет в коридор теплый воздух. На нормальную трубу денег пока нет.

— Для чего в зале стоит ведро с водой?

— Благодаря этому повышается влажность воздуха и система охлаждения работает более эффективно, — говорит Андрей Головинский. — Кстати, убирает здесь робот. Мы опасаемся впускать сюда человека со шваброй — вдруг случайно что-нибудь испортит. Аппарат, который наводит чистоту, оснащен электронной памятью и умеет ориентироваться в пространстве. Он запомнил, где расположены различные препятствия и не натыкается на них.

*Андрей Головинский: «В зале ставим ведро воды, благодаря чему повышается влажность воздуха и система климат-контроля работает более эффективно»

— В какую сумму обошлось создание суперкомпьютера?

— Около одного миллиона 800 тысяч гривен. Интересно, что его предшественник, СКИТ-3, мощность которого меньше, обошелся в пять миллионов гривен. Деньги на создание этих машин предоставило государство — мы выигрывали конкурсы на наиболее перспективные проекты.

Замечу, что подобные зарубежные аналоги стоят значительно дороже. Мы экономим на всем. Используем даже некоторые механические детали, оставшиеся в институте от ЭВМ 60—70-х годов прошлого века.

— Кому предоставляется возможность работать на СКИТ?

— Это специалисты разных институтов. Главное — чтобы задачи, которые хотят решать с помощью этой машины, были весомыми. Большинство пользователей — сотрудники институтов Национальной академии наук Украины. Одно из отечественных судостроительных предприятий проектирует корабли на нашем суперкомпьютере. Самолет Ан-148 создавался с использованием СКИТ-3. Также с помощью этой машины один болгарский сейсмолог проводил расчеты вероятности землетрясений. В России суперкомпьютеры есть даже в некоторых крупных университетах. Но чтобы не ходить на поклон к ректорам, российские ученые нередко обращаются к нам. Мы не отказываем.

Пользователям не нужно ехать в Институт кибернетики — доступ к суперкомпьютеру они получают из любого города по оптоволоконному кабелю. Вводят логин и пароль, которые мы им сообщаем, и машина выполняет задание.

Правда, существует небольшая очередь, поэтому некоторые ученые идут на ухищрения — ставят суперкомпьютеру задачи по праздникам, даже в новогоднюю ночь (машина ведь работает непрерывно). Каждый из них наивно полагает, что в это время никто, кроме него, трудиться не будет. Однако трудоголиков довольно много, поэтому бывает, что в праздники суперкомпьютер загружен более активно, чем в обычные дни.

К сожалению, государственные органы к нам практически не обращаются. Хотя СКИТ мог бы помочь в решении многих задач национального масштаба, например, при прогнозе урожаев, стихийных бедствий…

— Какие расценки за пользование вашей ЭВМ?

— Пока что плата не взимается. Замечу, что такие машины могут быть задействованы не только в науке. Скажем, современные мультфильмы на основе компьютерной графики создаются на суперкомпьютерах. Это одна из множества возможных сфер применения.


Зачем Украине суперкомпьютер?

В Институте кибернетики им. В.М.Глушкова НАН Украины создан суперкомпьютер СКИТ-4 производительностью 11,82 терафлопса по тесту LINPACK, то есть почти 12 трлн операций в секунду. При вдвое большей производительности СКИТ-4 потребляет вчетверо меньше электроэнергии, чем суперкомпьютер предыдущего поколения СКИТ-3.

О новой разработке и о том, зачем Украине суперкомпьютер, корреспонденту «УТГ» рассказал один из его создателей, заведующий лабораторией в Институте кибернетики, кандидат физико-математических наук Вадим     Тульчинский (на фото). — Вадим Григорьевич, сейчас на столе почти у каждого жителя Земли, от школьника до пенсионера, стоят компьютеры. Причем производительность их огромна. Зачем еще нужны суперкомпьютеры?

— Задачи, решаемые с помощью суперкомпьютеров, часто вообще невозможно решить иным способом с нужной точностью или детальностью. Персональные машины даже самых современных моделей здесь и близко не подходят.

Прежде всего это касается задач моделирования, где критическим параметром является размер сетки. Например, исследования долговременного влияния загрязнения на качество питьевой воды на отдельном участке проводить неэффективно. Надо учитывать неопределенность условий на краях модели, если они не соответствуют естественным границам системы водораздела поверхностных и подземных потоков.

Масштаб такого исследования – тысячи и десятки тысяч квадратных километров, а глубинность – сотни метров. Мощность водоносного слоя – от нескольких метров, в то время как ширина большинства рек не превышает 10—20 метров.

Поэтому речь идет о сети из миллионов или десятков миллионов ячеек. Память для таких баз данных превышает возможности обычного настольного ПК. А расчет подобных сеток требует на каждом временном шаге решения системы уравнений соответствующего размера (несколько уравнений на ячейку). Использование суперкомпьютера позволяет кардинально повысить детальность модели, а следовательно, и достоверность результатов.

Квантовая химия, молекулярная динамика, обработка астрономических наблюдений, моделирование высокотехнологичных процессов (например при разработке самолетов в АНТК «Антонов») — вот области, в которых невозможно обойтись без суперкомпьютеров.

— СКИТ-4 – не первая машина такого рода, разработанная в вашем институте. Чем она отличается от предыдущей — СКИТ-3 — и других подобных машин?

— При создании СКИТ-4 мы использовали новое поколение аппаратуры. Как и в предыдущей разработке, применены многоядерные процессоры. Понятно, что эти процессоры не украинского производства. Но новые аппаратные решения по их взаимосвязи разработали мы.

Распараллеливание процессов вычислений, использование многоядерных процессоров, благодаря которым удается добиться выигрыша в скорости, — это вещи тонкие, в каждой новой модели суперкомпьютеров в них привносится что-то новое. Нам тоже удалось найти неординарные подходы. Все вместе позволило не только увеличить скорость обработки информации, но и значительно снизить потребление электроэнергии.

Хочу подчеркнуть: одна из главных причин создания СКИТ-4 — именно стремление повысить энергоэффективность машины. Представляете, у нас сложилась парадоксальная, бредовая ситуация: институты всей Украины, считающие у нас свои сложные задачи, не платят за это! Свои машинные мощности мы предоставляем им даром, за «спасибо», поскольку оплата между институтами почему-то запрещена законом.

Зато за потребленную энергию платит наш институт. Причем немалые деньги. То есть чем больше мы помогаем институтам НАНУ и другим организациям, тем сильнее бьем по собственному карману.

Поэтому одной из главных задач при разработке суперкомпьютера СКИТ-4 было добиться его максимальной энергоэффективности. В результате он потребляет в четыре раза меньше энергии, чем СКИТ-3, при этом скорость вычислений возросла в два раза.

Сейчас его вычислительная мощность — 11,8 терафлопса по тесту LINPACK, то есть почти 12 триллионов операций в секунду при решении систем линейных уравнений. Мы будем ее наращивать и надеемся довести в этом году до 20 терафлопс.

— Каковы технические параметры новой машины?

— Архитектура и технический проект СКИТ-4 разработаны в результате тщательного экспериментального исследования различных конфигураций современного аппаратного обеспечения. В результате мы вышли на такие показатели: СКИТ-4 имеет 12 узлов, 192 вычислительных ядра, 36 графических ускорителей и 768 гигабайт оперативной памяти. Реальная производительность по тесту LINPACK – 11,8 Тфлопса; энергоэффективность – 788 Мфлопс/Вт; пиковая производительность – 25,6 Тфлопса.

Решение масштабных вычислительных задач на СКИТ-4 значительно ускоряется благодаря современному интерконнекту Niband FDR. Тестирование показало возможность практического достижения его пропускной способности свыше 6000 МБ/c с пиковой теоретической производительностью 7000 МБ/с. Оборудование такого класса в Украине использовано впервые.

— Какие задачи считаются на вашей машине?

— Научно-исследовательские институты НАН Украины благодаря применению серии суперкомпьютеров СКИТ начиная с 2005 года получили важные фундаментальные и прикладные результаты в биофизике, биохимии, физической химии, квантовой механике, материаловедении, медицине, геологии, геофизике, нанотехнологиях и так далее.

СКИТ используют государственные структуры (внешняя разведка, правительство и другие), а также госпредприятия (АНТК «Антонов», Украинский государственный геологоразведочный институт, НПП «Карат»). Получены хорошие результаты при применении СКИТ в обработке результатов и при моделировании в области экологии, энергосбережения, геологии и добычи полезных ископаемых, в метео­рологии и другом.

Недавно мы участвовали в обсчете результатов опытов на Большом адронном коллайдере. Здесь и Европа, и США объединили свои ресурсы. Есть приложения для обсчета космических исследований по международным проектам.

А с точки зрения важности для Украины наш суперкомпьютер — прежде всего поддержка отечественных разработок. История использования комплекса СКИТ свидетельствует, что наибольшую долю ресурсов (свыше 90%) потребляют для решения задач молекулярной динамики, квантовой химии, гидро- и аэродинамики и для разработки специального программного обес­печения.

Конечно, СКИТ Института кибернетики — не единственный вычислительный кластер в Украине. Но по-настоящему больших машин у нас немного. Вычислительных кластеров в стране свыше 30, однако они сравнительно мелкие. А для серьезных задач нужны машины с огромным быстродействием и объемом памяти.

СКИТ-3 и СКИТ-4 вместе составляют кластерный комплекс СКИТ, связанный высокоскоростной оптической сетью более чем с 20 институтами и университетами в разных регионах Украины. СКИТ является основой ресурсного центра Украинского национального грида (УНГ) и прошел сертификацию Европейской грид-инициативы (EGI).

Суперкомпьютеры СКИТ доступны для проведения вычислительных экспериментов и применения в научных исследованиях учреждениями НАН Украины через УНГ и в режиме использования кластера. Создание суперкомпьютеров, используемых в грид-системах, — это не гонка за престижем, а необходимость.

— Поясните, что такое грид-системы?

— Грид — так именуется в США электрическая сеть. Смысл термина в том, что когда мы вставляем вилку в розетку, мы не знаем, на какой электростанции произведено электричество. В компьютерной технике грид – это способ распределенных вычислений на многих компьютерах.

Вы наверняка слышали о так называемых облачных технологиях — это когда базы данных хранятся не на том компьютере, за которым в данный момент сидит пользователь, а где-то в Сети, «на облаке». Грид — это разновидность распределенных вычислений и облачных технологий, когда вычисления осуществляются на удаленной машине. В качестве такой машины в данном случае выступает суперкомпьютер.

Разумеется, есть система управления ресурсами, чтобы одна большая, машиноемкая задача не накладывалась на другую. И есть система безопасности, чтобы один пользователь не мог вмешаться в работу другого. Она основана не на паролях, а на сертификатах.

К сожалению, оценить, сколько времени нужно для расчета определенной задачи, пользователь зачастую не в состоянии. Отсюда вытекает актуальность автоматического прогнозирования потока задач и реализации управления очередью с помощью прогнозов. На основе такого прогнозирования в ИК НАН Украины создан комплекс уникальных решений по энергосбережению кластерных комплексов, в который входит интеллектуальная система управления кластером с функциями управления энергопотреб­лением узлов, средствами поддержки непрерывной работоспособности крупных комплексов и мониторинга состояния оборудования.

— Как смотрится украинский суперкомпьютер на фоне других вычислительных систем мира?

— Энергоэффективность в 788 Мфлопс/Вт выводит СКИТ-4 на 99-ю позицию в мировом рейтинге самых экологичных суперкомпьютеров Green500. Это отнюдь не слабый результат. Он свидетельствует о сохранении НАН Украины высокого уровня и потенциала в разработке современной компьютерной техники.

А самое главное то, что сложнейшие вычислительные задачи, требующие огромных объемов вычислений, Украина может решать сама, на своей технике, а не обращаться за помощью к другим странам. Однако по общей производительности СКИТ-4 лишь на 48-м месте в СНГ и значительно уступает лучшим зарубежным суперкомпьютерам.

В мировом рейтинге Топ-500 (ноябрь-2012) — 8 российских суперкомпьютеров, 4 польских, израильский и словацкий и ни одного украинского. В России более 50 моделей имеют производительность свыше 10 терафлопс (в Украине – лишь СКИТ-4), быстродействие российского суперкомпьютера «Ломоносов» приближается к петафлопсу.

Конечно, серьезных вычислительных мощностей в Украине не хватает. Мы все больше отстаем от других стран и теряем былые лидерские позиции в науке.

Что мы должны изобретать?

Бесполезных изобретений на этом очень специфическом рынке всегда было в избытке. Не всем удается идти в ногу со временем. Кто-то запаздывает, кто-то торопится. И далеко не каждый может пробить дорогу своему детищу, как это умел, например, знаменитый американец Эдисон.

Чтоб воду в ступе не толочь, сегодня изобретатели всего мира пытаются ответить на вопрос: что мы должны изобретать?

И первые результаты уже есть. Как сообщил корреспонденту «УТГ» генеральный менеджер международного салона изобретений «Новое время» Юрий Скоморовский, мировое роуд-шоу, стартовавшее в сентябре прошлого года в Севастополе и затем колесившее по городам мира, закончилось общим решением. «Организатор этого глобального семинара, Международная федерация ассоциаций изобретателей (ІFIA), рекомендовала участникам изобретательского сообщества выделить три ведущих направления в изобретательстве, отвечающих текущим потребностям человечества: энергетика, здоровье и пищевая промышленность», – говорит Юрий Скоморовский.

Напомним, что роуд-шоу ІFIA «Законодательство моды в изобретательстве» в 2012 году состоялось под лозунгом «Что мы должны изобретать и как мы проявляем новое?» По сути, роуд-шоу – это «перемещающаяся» презентация (выставка, семинар, конференция). Эта международная площадка создана для того, чтобы привлечь внимание изобретателей, новаторов и мировое общественное мнение к вопросам изобретательства.

Надо сказать, что к рекомендациям приложили руку и украинские специалисты. В частности, из Украинского совета изобретателей и новаторов (президент А.Н.Зу­барев), агентства содействия науке и новациям «Новое время» (председатель правления В.А.Куликов), а также из Украинской академии наук (президент А.Ф.Онипко).

Кстати, в нынешнем году состоится очередное роуд-шоу, посвященное привлечению молодежи к изобретательской деятельности. 26 сентября 2013-го ІFIA проведет в Севастополе семинар «Молодежь и изобретательская деятельность». Итоги этого роуд-шоу огласят на международной выставке изобретений в г. Эр-Рияд (Саудовская Аравия).

15-летний школьник из Ровно изобрел устройство, которое поможет бороться с онкозаболеваниями

Дэвид Гемс 
(Великобритания) 
Исследователь роли генов в регуляции продолжительности жизни и процессе старения, первооткрыватель многих генов долголетия.

Ричард Миллер 
(США) 
Автор одной из первых 
в мире работ, показавших возможность увеличения продолжительности жизни млекопитающих с помощью фармакологического препарата.

Клаудио Франчески 
(Италия) 
Oдин из ведущих ученых 
в Европейском проекте «Genetics of Healthy Aging», цель которого – поиск генов, ответственных за здоровое долголетие человека.

Роберт Шмуклер Рис 
(США) 
Ученый, достигший рекорда долголетия для лабораторного животного – продолжительность жизни червя нематоды в экспериментах выросла 
в 10 раз.

Вальтер Лонго 
(США) 
Создатель генетически модифицированного штамма дрожжевого грибка, способного жить в 10 раз дольше обычного.

Джуди Кампизи 
(США) 
Руководитель исследований молекулярных причин старения клеток и связанных с ними воспалительных и опухолевых процессов.

Ян Вайг 
(США) 
Автор известной книги «Старение генома», исследователь индукции мутаций ДНК, накапливающихся при старении.

Брайан Кеннеди 
(США) 
Президент Института Бака – мирового лидера в области фундаментальных и прикладных исследований старения.


(С)

Рубрика "Я - Корреспондент" является площадкой свободной журналистики и не модерируется редакцией. Пользователи самостоятельно загружают свои материалы на сайт. Редакция не разделяет позицию блогеров и не отвечает за достоверность изложенных ими фактов.
РАЗДЕЛ: Пользователи
Если вы заметили ошибку, выделите необходимый текст и нажмите Ctrl+Enter, чтобы сообщить об этом редакции.