НАЙТИ РАБОТОСПОСОБНЫЙ АЛГОРИТМ

Успешно завершился научный семинар российско-германской рабочей группы по вычислительным наукам и высокопроизводительным вычислениям, организованный Институтом вычислительных технологий СО РАН (Новосибирск) и Центром высокопроизводительных вычислений (Штутгарт, Германия) (см. «НВС», N 36). Заседания семинара проходили в новом конференц-зале ИВТ СО РАН, оборудованном прекрасной мультимедийной проекционной техникой. Кроме обсуждения докладов и дискуссий по конкретным проблемам вычислительной науки, немецкая делегация математиков побывала в институтах: Гидродинамики, Теплофизики, Теоретической и прикладной механики. Участники семинара решили встретиться вновь через два года в Германии.

Корреспондент «НВС» Галина ШПАК рассказывает о первом дне работы российско-германского семинара. В этот день, 30 сентября, удалось поговорить с экспертами рабочей группы по вычислительным наукам и высокопроизводительным вычислениям профессорами Э. Краузе и М. Рэшем (Германия).

«Зачем он так долго говорит, объясняет? Написал бы уравнение, и дело с концом!» Я воспользуюсь добродушно-насмешливой репликой математика по поводу манеры изложения результатов научного доклада, связанного с математическим моделированием, для того, чтобы напомнить, что модель — это лишь иной способ выражения математических соотношений. Любые модели можно выразить в математических уравнениях, а затем вывести из них кривые, графики, картинки, «проигрывая» их на компьютере. Математическое разнообразие отразилось довольно широко в тематике семинара, на котором обсуждались сложные задачи математического моделирования, задачи разработки новых алгоритмов, компьютерных программ различного назначения и ключевых элементов новых информационных технологий.

Профессор Э. Краузе и академик Ю. Шокин

На открытии семинара директор ИВТ академик Ю. Шокин ограничился приветствием и представил собравшимся председателя первого заседания рабочей группы, известного ученого-механика, профессора Эгона Краузе, Почетного доктора Сибирского отделения РАН.

Профессор Э. Краузе не только объявлял имена авторов докладов, но и легко вовлекал в дискуссию всю аудиторию и сам задавал вопросы докладчикам. Открывался семинар докладом ак. Ю. Шокина и доктора физико-математических наук Л. Чубарова «Информационные и телекоммуникационные системы для управления в чрезвычайных ситуациях».

Актуальность исследований и моделирование катастрофических процессов очевидны. Грозную силу природы почувствовали все новосибирцы, оказавшись в зоне действия сильного землетрясения 27 сентября в районе Кош-Агача на Алтае (в переводе на русский — «последнее дерево»). И неспроста профессор Краузе спросил докладчика о системах оповещения людей о надвигающейся опасности, качестве и достоверности информации. Судя по реакции зала, это пока слабое звено, по крайней мере, в нашем Сибирском регионе.

Профессор М. Рэш

Доклад Михаэля Рэша «Высокопроизводительные вычисления в инженерии и науке» продемонстрировал возможности суперкомпьютерного центра в Штутгарте и его развитие, в том числе, возможно, за счет использования разработок Института вычислительных технологий.

В свободные минуты, в перерыве между заседаниями руководители немецкой делегации не отказали мне в интервью.

Профессора Э. Краузе знают многие ученые новосибирского Академгородка и по совместной работе, и по публичным лекциям, которые он охотно читает для молодых научных сотрудников, студентов НГУ и НГТУ. Так что мы быстро нашли общий язык, хотя общались через переводчика (рабочий язык семинара — английский).

— Профессор Краузе, я знаю, что вы приезжали в Академгородок еще во времена академика Н. Яненко и довольно часто, когда он был директором Института теоретической и прикладной механики. Известно, что вы Почетный доктор Сибирского отделения и этим многое сказано. И все-таки, насколько вам интересно сотрудничество, в данном случае с научными группами Института вычислительных технологий, почему в научном мире уделяется такое большое значение математическому моделированию?

— В свое время, — ответил Э. Краузе, — я лично контактировал с профессором Н. Яненко и часто приезжал в Академгородок. С далекого 1969 года мы начали проводить совместные конференции, международные симпозиумы, посвященные именно компьютерному моделированию. И работа в этом направлении продолжается сегодня.

Задачи физики и механики, которые мы решаем, усложняются. Гораздо проще провести компьютерное моделирование, нежели натурный эксперимент. Понятно, что и компьютерный, и натурный эксперименты — довольно дорогое удовольствие, но компьютерный требует все-таки меньше затрат. К тому же, если располагаешь хорошими методами…

Тем не менее даже самые точные модели — это не действительность, а приближение к ней. Поэтому исследователи используют оба подхода — и натурный, и компьютерный. Проводится сравнение и рассматривается, насколько точной является математическая модель.

— Насколько мне известно, вы занимаетесь проблемой безопасности космических полетов, чтобы снизить аварийность космических аппаратов, предотвратить гибель космонавтов. Вспомним трагедию спускаемого аппарата Колумбия-шаттл.

— Технологии производства шаттлов уже тридцать лет. Понятно, что за это время были разработаны новые материалы и модифицирована конструкция корабля. Если сейчас строить шаттл, он будет выглядеть совсем по-другому. Проблема безопасности остается открытой. В Германии и в России еще в 1989 году стартовал совместный проект — институтов при университетах в Мюнхене, Штутгарте, Аахене и в Новосибирске, с Институтом теоретической и прикладной механики. В рамках этого проекта как раз решались и вопросы безопасности космических аппаратов. Проведено множество экспериментов в аэродинамическом комплексе ИТПМ, а в Штутгарте проводились компьютерные вычисления. Долгосрочная программа заканчивается в этом году, но уже речь идет о ее продолжении, настолько актуальны оказались результаты и возникшие задачи. А совместный проект по системам безопасности с учеными США недавно остановлен американской стороной, но это уже политический вопрос… Мы сейчас больше участвуем в Европейско-российских проектах.

— Почему вас привлекает сотрудничество именно с Сибирским отделением?

— Во-первых, в Сибирском отделении очень высококвалифицированные специалисты, а во-вторых, прекрасные условия для проведения экспериментов, что используется в наших совместных проектах. Ситуация такая — программное обеспечение разрабатывается совместно российско-германской стороной, а испытываться оно будет на суперкомпьютерах в Штутгарте. Собственно, это и цель будущей работы, которую курирует наша совместная группа экспертов, — разработка алгоритмов здесь, в Сибирском отделении и конкретно — в Институте профессора Шокина, а реализовывать их у нас, в Центре, на высокопроизводительных ЭВМ. Суть в том, чтобы российские ученые могли приехать в Штутгарт и опробовать свои модели, свои алгоритмы и вернуться обратно с полученными результатами, новой информацией.

— Скажите, пожалуйста, можно ли сформировать такой проект, чтобы, допустим, соединить в единое целое так называемый Московский суперцентр, Новосибирск и суперкомпьютерный центр в Штутгарте?

— Безусловно, возможно. В этом, собственно, и состоит идея проекта, так называемый «Grid-Computer», «Сетка», распределенные вычисления.

— Такие проекты уже существуют?

— Безусловно. И в Новосибирске один из узлов подобной «Сетки» будет находиться в Институте вычислительных технологий.

— И последний вопрос: вы будете читать здесь лекции для молодых специалистов?

— Нет. На этот раз у меня другие цели. Я участвую в собрании экспертов.

— Извините, а в Институт теплофизики для какой цели вы торопитесь?

— Накануне открытия семинара немецкая делегация посетила этот институт, а я, к сожалению, не смог туда поехать, потому что встречался с профессором Н. Добрецовым… Благодарен, что в Институте теплофизики меня ждут.

Профессор Э. Краузе, можно сказать, «старожил» Академгородка, а его молодой коллега Михаэль Рэш, директор штутгарского Центра высокопроизводительных вычислений приехал в наши края впервые. Выяснилось, что он по специальности прикладной математик, закончил университет, защитил диссертацию в Штутграте, получил по конкурсу профессорское место в Хьюстоне (США), а затем вернулся в Германию и возглавил суперкомпьютерный центр.

Прошу профессора М. Рэша вкратце прокомментировать свой обзорный доклад о развитии суперкомпьютерного центра.

— Прежде всего, как известно, высокопроизводительные суперкомпьютеры позволяют решать многопараметрические задачи, которые невозможно решить с помощью эксперимента. Вторая мысль — о высокопроизводительных вычислениях. Это не только компьютеры. Это и люди, и методы, и информация…

— Интересно было бы узнать, что происходит в мире в области высокопроизводительных вычислений и как выглядит на мировом фоне суперкомпьютерный центр в Штутгарте. О возможностях суперкомпьютерного центра в Академгородке пока говорить не будем.

— Если говорить о высокопроизводительных вычислениях в мире вообще, то основная движущая сила — это Соединенные Штаты Америки. Но в США больше заинтересованы в наращивании высокой производительности машин в ущерб, как нам кажется, качеству вычислений решаемых задач. Нельзя сказать, что мы делаем нечто противоположное, но тем не менее наш Центр особое внимание уделяет качеству расчетов, а не быстродействию, пиковой производительности…

В конечно счете, и у суперкомпьютеров существует предел возможностей. Как раз поэтому мы и заинтересованы в сотрудничестве. Известно, что нельзя всё найти в одном месте. Где-то очень хорошие методы, где-то очень хорошая техника. Прогресс может быть достигнут совместными усилиями.

— Скажите, какие-то работы вас могут привести в восторг?

Профессор улыбнулся:

— Я как раз и приехал в Новосибирск, чтобы посмотреть, может быть, здесь найдется что-то интересное. У профессора Э. Краузе давние контакты с институтом, а я недавно стал директором Центра высокопроизводительных вычислений. Я очень заинтересован, скажем так, в методах, алгоритмах, то есть в теоретической основе вычислений.

— На сколько порядков увеличилось быстродействие ЭВМ? Лет двадцать назад самой высокопроизводительной и умной считалась машина серии Cray, а современные американские же превосходят такую мощную систему.

— Самая быстродействующая система сейчас находится в Японии. Это специализированный суперкомпьютер Earth Simulator, который возглавляет сейчас мировой рейтинг, с характеристикой 39,9 терафлопс. Почти 40! Это в десять-двадцать тысяч раз производительнее, чем обычные настольные персональные компьютеры. Сами американцы называют эту машину «Американским спутником».

— Хорошая шутка!

— Создание системы Earth Simulator очень сильно задело американцев, и они намереваются в ближайшие пять лет переплюнуть японцев. Десять лет в США игнорировали свою систему Cray, потому что были заинтересованы в цифре, пиковой производительности. А сейчас Cray обнаруживает «второе дыхание». Эта система способна посоревноваться с японским суперкомпьютером. У системы Cray и одноименной производящей компании хороший потенциал.

— Какими же возможностями располагает суперкомпьютерный центр в Штутгарте?

— Проблема в том, что мы располагаем скромным финансированием. Если сравнивать, то получится десять процентов от бюджета, который имеют японцы и американцы. Наша задача — выбрать правильную систему, исходя из наших возможностей, найти правильных людей, что мы и делаем, а в комплексе надеемся на хороший результат. В принципе, нам удалось обойти американцев в распределенных вычислениях. Самое важное, что в Штутгарте есть связь с индустрией. Работа нашего Центра концентрируется на определенных конкретных вещах. Во-первых, считаем большое количество инженерных задач. Например, задачи оптимизации двигателей, форм крыла самолета и оптимизации форм автомобилей. Работаем и в интересах биологической науки, медицины. Допустим, моделирование течения крови.

— Очень похожие задачи решаются и в институтах Сибирского отделения. Дело за созданием совместного проекта?

— Для этого мы сюда и приехали — обсудить, подумать.

стр. 4