Петафлопс для научного лидерства: зачем России суперкомпьютер

В феврале в Кремле под председательством президента России Владимира Путина прошло совместное заседание президиума Госсовета и Совета по науке и образованию. Ученые обсуждали с президентом самый широкий круг вопросов — от ликвидации вузов-пустышек до расширения полномочий региональных властей. Но были и научные проблемы, разобраться в которых обывателю не так легко. Один из таких вопросов затронул экс-глава РАН академик Владимир Фортов. Корреспондент портала "Будущее России. Национальные проекты" пообщался с академиком и выяснил, почему без суперкомпьютеров Россия не сможет войти в топ-5 мировых научных держав.

Гигафлопс в стиральной машинке

— Владимир Евгеньевич, на совместном заседании президиума Госсовета и Совета по науке и образованию, которое состоялось 6 февраля в Кремле, вы поблагодарили президента за его цифровую инициативу в области экономики, управления, медицины, в частности за цифровые лекарства. Но вместе с тем обозначили, что для развития науки в стране крайне необходимо построить ЭВМ петафлопсного и экзафлопсного диапазона. Не могли бы вы пояснить, о чем идет речь и почему именно такие ЭВМ жизненно необходимы нашей науке?

— Я должен начать с того, что в 1768 году Иммануил Кант, знаменитый немецкий философ, говорил: "Я утверждаю, что в любой науке настоящей науки столько, сколько в ней математики". Этим он подчеркивал, что математика есть базисная наука, которая пронизывает все сферы человеческой деятельности. Поэтому математические методы, их ценность и широта применения со временем только нарастают.

Сегодня существует теория, научный эксперимент и существует математическое моделирование, когда разные явления природы — и физические, и химические, и биологические, буквально все без исключения, в том числе социальные, — описываются математическими методами. И применимость этих методов имеет очень большое значение — она позволяет радикально ускорить проведение научных исследований, поставить масштабные численные эксперименты, эксперименты на ЭВМ. Математическое моделирование позволяет получать информацию значительно быстрее, чем обычный эксперимент и теория, ни в коем случае не противопоставляя себя им. То есть математические методы дополняют эксперимент и теорию, это две полезные сути.

— Верно ли я понимаю, что математические методы позволяют быстрее и точнее систематизировать данные, которые получают другими методами?

— Да, они не противопоставляются, а дополняют другие методы и ни в коем случае не отменяют, не противоречат им. Это такой же инструмент, который необходим при изучении многообразных явлений природы.

У нас в России есть конкурентное преимущество, которое, я убежден, мы должны использовать. Оно состоит в том, что у нас исторически сложилась очень сильная школа прикладной математики. Здесь я бы назвал имена академиков Келдыша, Тихонова, Самарского, Годунова, Четверушкина, Садовничего, Белоцерковского и многих-многих других, которые создали мощные математические школы. И культура у нас в России очень высокая. Но для того, чтобы эти методы гармонично развивались, нужны мощные вычислительные машины, которые позволяют выполнять громадное количество операций, — их называют суперЭВМ.

— Чем они отличаются от обычного компьютера?

— Они значительно более мощные и делают много триллионов операций в секунду. У нас в России есть положительный пример. Ректор МГУ Виктор Садовничий и его коллеги создали линейку вычислительных машин, которые называются "Ломоносов-1" и "Ломоносов-2". Это очень мощные машины, которые входят в топовые списки мира. Тем не менее эти машины перегружены, потому что потребность в них колоссальная. Я еще раз повторюсь: сегодня нет научной области, где бы компьютерные вычисления не играли определяющую роль.

— Я хочу уточнить терминологию. Вам как ученому понятно, что такое петафлопсный и экзафлопсный диапазоны ЭВМ. Для обывателя же это два очень сложных слова и ничего более. Не могли бы вы пояснить, что означают эти диапазоны?

— Мощность машины измеряется скоростью исчисления — сколько арифметических операций в секунду она выполняет. Вот тот калькулятор, который у вас работает в стиральной машине, это где-то гигафлопс — десять в девятой степени операций в секунду, то есть миллиард.

— А петафлопс?

— Это десять в пятнадцатой степени операций в секунду. Понимаете?

— А экзафлопс — это что такое?

— А это еще в тысячу раз больше, чем петафлопс. Это количество арифметических операций в секунду. То есть берется набор стандартных математических вычислительных процедур на разных компьютерах, замеряют, сколько времени на это ушло. Все довольно-таки просто.

— Владимир Евгеньевич, а скажите, сколько у нас таких аппаратов, есть ли данные?

— Петафлопсного диапазона я бы назвал штук, может быть, пять-шесть: в Гидрометцентре есть очень хорошая машина, недавно заработала, ЭВМ хорошая в Сбербанке для искусственного интеллекта, две машины у Виктора Антоновича Садовничего в МГУ. Еще можно привести пару-тройку примеров. Тем не менее они все заняты. Скажем, в моем институте (Объединенный институт высоких температур, отделение энергетики, машиностроения, механики и процессов управления РАН. — Прим. ред.), где математическое моделирование неплохо развито, мы вынуждены ждать очереди, чтобы подсчитать нужные в области энергетики задачи. Иногда даже в течение нескольких месяцев ждем.

— Это своего рода электронная очередь?

— Да, что-то такое. Ее ведет администрация компьютера. В случае с "Ломоносовым" — МГУ. Межведомственный центр МГУ так устроен, что люди из других структур — из Академии наук, из других университетов — могут пользоваться этим компьютером, но электронную очередь ведет МГУ. Подчеркну, коллеги из МГУ сделали большое дело, создав великолепный "Ломоносов". Честь им и хвала!

Что может подсчитать суперЭВМ

— А можете пояснить более конкретно, какие задачи решают на суперкомпьютерах?

— Понимаете, нельзя выявить какой-то класс задач — одни могут быть решены, другие не могут. Ситуация здесь такова, что, вообще говоря, любая область социальных наук, наук об обществе, о Земле, о полезных ископаемых, о ракетах, о ядерных реакторах, любая область человеческой деятельности нуждается в математическом моделировании. К примеру, в США на реальный летный эксперимент с пуском ракет разрешено выходить только тогда, когда проведено всестороннее математическое моделирование и оно показало, какой эксперимент является оптимальным. Математическое конструирование, планирование эксперимента может быть любое — в фармацевтике, экологии, горном деле, буквально везде.

— То есть мы с помощью математики, с помощью суперкомпьютера рассчитываем все возможные варианты развития событий.

— Ну не возможные, а интересные, включая аварийные и оптимальные.

— Например, я геолог, съездила в экспедицию, собрала данные — что я дальше могу с ними сделать на такой машине?

— Вы можете определить тектоническую структуру породы, ее химический состав и так далее. Но в основном, конечно, это контрмеханические расчеты в биологии, физике, космологии, ядерной физике.

— Например, в ядерной физике какая последует реакция при каком-то взаимодействии?

— Да-да. При столкновении двух ядер, например. Это очень широкое поле деятельности. Я бы хотел подчеркнуть, что в России очень сильная школа математического программирования, у нас сильная прикладная математика. Грех упустить такое конкурентное преимущество из-за нехватки техники.

Суперсеть для самых мощных компьютеров

— Вы говорили, что ЭВМ петафлопсного диапазона в России примерно пять-шесть штук, а экзафлопсного?

— К сожалению, в России нет таких машин. В Америке, Китае есть. Если ученых поддержат, то где-то через пару-тройку лет у нас будет петафлопсная суперЭВМ. Понимаете ли, инфраструктура всегда должна обгонять потребности. Аэродромов должно быть больше, чем сегодня мы имеем пассажиропоток, так как завтра уже поздно будет их строить. Собственно говоря, когда я взял слово в Госсовете и говорил на эту тему, я призывал создать суперкомпьютер (или их сеть) в нашей стране как некую систему общего пользования для научных исследований. Тут есть две особенности: этот компьютер должен быть большим и должен быть расположен в том институте, где развита математическая школа, чтобы вычислительная теория и сам компьютер работали вместе.

— Если суперкомпьютер все-таки появится, как это будет работать? Это, условно говоря, будет огромный сервер, правильно я понимаю? Такая очень мощная вычислительная машина?

— Нет, она мощнее любого сервера (смеется).

— Я упрощаю, чтобы понимать принцип.

— Она не локализована, а, как говорят, расположена в пространстве — сегодня на одном компьютере, завтра на другом.

— Но в рамках нацпроекта "Наука" как раз создаются математические центры мирового уровня. Разве они не будут отвечать этим же задачам?

— По-моему, нет. Про суперЭВМ речи пока не идет. Дело в том, что сегодня не важно, где физически будет расположен суперкомпьютер, потому что сети телекоммуникаций позволяют вести расчеты на таком компьютере и на системе таких компьютеров вне зависимости от того, где они расположены, в Москве или Ленинграде (Санкт-Петербурге. — Прим. ред.). Ученый может из любой точки России получить к нему доступ, просчитать необходимую задачу и получить результат.

Это в том числе делает компьютерно-инфраструктурный проект доступным для молодых талантливых ученых из регионов, которые сегодня вынуждены приезжать и просить вычислительное место у больших начальников. Не надо думать, что эта техника будет доступна только на Садовом кольце или на Невском проспекте. Я повторю, математика сглаживает те границы, которые мы сегодня, к сожалению, наблюдаем. А ведь талантливые люди рождаются не только в столицах.

— А скажите, подобного рода вычисления требуются только для наукоемких исследований? Есть ли определенная доля молодых исследователей, которым не требуется доступ к такой машине?

— Дело в том, что вычислительная техника, IT-технологии — это удел молодых. Люди очень быстро учатся и очень быстро программируют. Когда вы включаете телевизор, практически каждый день кто-то из наших молодых студентов, аспирантов, кандидатов наук выигрывает престижнейшие мировые конкурсы и соревнования. Правда?

— Это правда.

— Это позволяет людям, к какой бы они ни принадлежали социальной категории, где бы ни жили и работали, получить доступ к передовому краю науки. И это дает возможность сразу включиться в научные исследования, пользоваться библиотеками прикладных программ, которые будут размещены в этом суперкомпьютере, и решать самые амбициозные и острые задачи. Я уверен, что без суперкомпьютера будет очень трудно реализовать национальный проект "Наука". Ведь мы сейчас о нем ведем речь?

— Именно. Нацпроект "Наука" предполагает ряд мер, необходимых для вхождения России в топ-5 мировых научных держав.

— Войти в пятерку, да. И я привел (выступая на совместном заседании президиума Госсовета и Совета по науке и образованию. — Прим. ред.) цитату автобиографии Сальвадора Дали...

— Я помню ваше выступление: "Говорил, что сначала хотел стать садовником, потом…"

— …"А дальше мои амбиции только росли". Именно об этом я и говорил — амбиции, особенно молодых ученых, должны постоянно расти.

10 миллиардов рублей и три года

— Владимир Евгеньевич, а вы проводили оценки, сколько средств потребуется на создание такой ЭВМ?

— Да, у нас есть оценки, все зависит еще и от масштаба, но начинать надо с 10 млрд рублей. Это совсем немного. Повторяю, это вопрос политического выбора, потому что я с трудом представляю себе, как мы сможем войти в топ-5 лидирующих стран по науке…

— …когда у нас ученые стоят в длинной очереди на доступ к современным ЭВМ.

— Конечно, конечно!

— 10 млрд рублей — это создание проекта под ключ?

— Да, но это надо будет постараться и много чего сделать, работать надо.

— Проводили ли какую-то оценку, в какой срок при наличии финансирования можно реализовать проект строительства центра с суперкомпьютером?

— Я думаю, два-три года. Это все реальные вещи, это не бумажный журавль в небе.

Читайте также:

Петафлопсный суперкомпьютер и кадры для СКИФа: что волновало ученых на президиуме Госсовета

Дом для квантов: как работает Российский квантовый центр