К 2030 году вычислительная машина сможет быстро и точно моделировать сложные физико-биологические и социально-экономические процессы, технические изделия, управлять боевыми роботами, извлекать знания и многое другое... Знаете, что такое социально-экономическая диверсия? Это когда страна X собирает сведения про страну Y, находит ахиллесову пяту, в какие точки ударить, чтобы нанести максимальный урон. Не военным способом - например, подкупить некоторых специально выбранных журналистов и политиков, предложить "по дружбе" некоторые решения... Злые языки говорят, что американцы просчитали развал СССР за двое суток на суперкомпьютере Cray. Но это были цветочки. Сейчас те же американцы намерены выпустить в 2010 году суперкомпьютер, который будет на три порядка быстрее лучшего на сегодня суперкомпьютера, причем именно при решении "тяжелых" задач разведывательного, военного и научно-технического характера. Когда о характеристиках этих машин узнал один российский генерал, он схватился за голову: "Я и не подозревал, что над Россией нависла такая опасность. Эта штука будет посерьезнее ядерной бомбы..." Почему серьезнее и каков наш "ответ Чемберлену" в этой гонке кибернетических вооружений и средств научных исследований? Мы постарались выяснить это у экспертов ОАО "НИЦЭВТ" (Научно-исследовательский центр электронной вычислительной техники) - ведущего предприятия страны, разрабатывающего электронную начинку для нужд оборонки. Пёрл-Харбор №2 Со времен суперкомпьютера Cray-1, разработанного гениальным Сеймуром Крэем, никто не оспаривал превосходства США в области разработки машин сверхвысокой производительности. Это была специальная элитная вычислительная техника, доступная для разработки очень немногим фирмам. С появлением микропроцессоров американцы расслабились. Многие крупнейшие IT-компании, которые раньше не работали в этой области, стали качать из государственного бюджета колоссальные деньги на разработку "почти" суперкомпьютеров - кластеров. Это были легкие деньги, без затрат на серьезные интеллектуальные разработки, как раньше. Кластер - сравнительно дешевый компьютер, собранный из тысяч обычных коммерческих микропроцессоров (то есть микропроцессоров, которые можно свободно купить на рынке), объединенных в единую систему через коммуникационную сеть, которую также можно купить. Однако такие системы отлично работают при решении определенных задач, например, решении системы линейных уравнений (тест Linpack, на основе которого определяется рейтинг в списке Top500 самых быстрых машин мира). Для государственных и военных целей кластер подходит из рук вон плохо. Это очень тяжелые, с точки зрения компьютера, задачи (так называемого DIS-класса), где производительность машины фактически определяется эффективностью памяти, которая измеряется особой величиной - GUPS. Показатель кластера смехотворен - 0,01 - 1 GUPS. Гром грянул, когда весной 2002 года японцы ввели в строй суперкомпьютер Earth Simulator (Система моделирования Земли), сделанный на основе "заказных" технологий, очень дорогостоящих и потому не применяющихся в обычных коммерческих компьютерах. Внешне этот суперкомпьютер представлял трехэтажное здание длиной 65 метров и шириной 55 метров. На верхнем этаже размещались шкафы с электронным оборудованием, ниже пролегали кабели, первый этаж занимали охлаждающие кондиционеры. Потребляемая мощность вычислительного монстра около 10 мегаватт, а стоимость около 350 миллионов долларов. Earth Simulator в разы превосходил лучшего на тот момент "американца" на рейтинговой задаче Linpack, и в десятки раз - на задачах государственного значения. В США это было воспринято как национальная трагедия, практически как Пёрл-Харбор №2. Один из обозревателей точно выразил общее мнение - "... до чего докатилась Америка, мы считаем задачи стратегической важности на web-серверах из купленных на рынке компонентов, в то время как японцы развили наши же технологии заказных суперкомпьютеров фирмы Cray и захватили научное лидерство, чего не было никогда". Этим делом занималось министерство внутренней безопасности, созданное после событий 11 сентября 2001 года. "Под раздачу" попала и фирма IBM, которая в основном поставляла стратегические компьютеры в ядерные центры. Ей предъявили претензии в лоббировании своих коммерческих интересов в ущерб государственным, хотя это было не совсем справедливо. Действительно, IBM в то время, да и сейчас ведет исследований больше, чем остальные фирмы вместе взятые. Просто так получилось, что результаты исследований были не совсем готовы, а у государства не оказалось воли и желания побеспокоиться об ускорении этих исследований. Забегая вперед, именно эта фирма вернула США пальму мирового первенства (во всяком случае, в Top500), введя новую систему BlueGene/L, а этим летом она должна преодолеть барьер в петафлопс (10 в 15-й степени вычислительных операций над вещественными числами в секунду) в новой системе BlueGene/P. Правда, это опять на тесте Linpack. Итогом разборок 2002-2003 года стало создание специальной комиссии по восстановлению в CША работ по суперкомпьютерам высшего диапазона производительности, в которую вошли 65 лучших специалистов страны (организовано восемь тематических рабочих групп). Перед членами комиссии были открыты все двери: минобороны, ядерных лабораторий, Агентства национальной безопасности (АНБ)... Комиссия проработала 15 месяцев и в 2003 году представила доклад с оценкой ситуации и рекомендациями по организации таких работ. Это послужило основой для разработки потом в 2004 году пятилетнего плана развития отрасли. В конце 2004 года сенат США принял закон о восстановлении работ по суперкомпьютерам. Сейчас на эту отрасль тратится 1,5 миллиарда долларов в год, это почти половина средств, затрачиваемых государством в год на исследования, разработки и приобретение изделий IT-технологий. Разведка и военные не стали дожидаться этих великих событий. Еще в 2002 году они запустили программу DARPA HPCS создания суперкомпьютеров с перспективой. В ноябре 2006 года, после двух этапов работ на третьем, заключительном этапе, остались два игрока - фирмы Cray и IBM. Эти фирмы в рамках этой программы и поддерживающих проектов министерства энергетики США получили в целом по полмиллиарда долларов каждая. В 2010 году обе фирмы представят супермашины с феноменальной эффективностью подсистемы памяти в 64 000 GUPS. Аналогичные показатели двух на сегодня лучших в мире суперкомпьютеров более чем скромные: BlueGene/L - 35 GUPS, Cray XT3 - 29 GUPS. Напомним, что такой показатель для мощнейших американских, да и российских кластеров просто ничтожен - 0,01 - 1 GUPS. Эта технологическая пропасть и ужаснула российского генерала. Но что же такое может делать суперкомпьютер, что превращает его "в штуку, посерьезнее ядерной бомбы"? Абсолютное превосходство - Поймите, ядерная бомба - просто пугало, а суперкомпьютер - мощнейший катализатор технического прогресса, - говорит начальник отдела архитектуры и программного обеспечения суперкомпьютеров НИЦЭВТ Леонид Эйсымонт. - Еще в середине 80-х годов машина с производительностью в гигафлопс (10 в 9-й степени) позволила заменить аэродинамическую трубу, в 90-е годы машина в терафлопс (10 в 12-й степени) позволила отказаться от ядерных испытательных взрывов, моделируя их на ЭВМ... К 2030 году американцы планируют поднять скорость суперкомпьютеров до зеттафлопса - это десять в степени 21 операций с плавающей точкой в секунду. Такой компьютер сможет моделировать земную атмосферу или достоверно просчитать будущий климат Земли на сотни лет вперед, как Дельфийский оракул... Суперкомпьютер - это волшебная доска, на которой можно что-то нарисовать, и рисунок оживет, как в мультфильме. Например, сегодня конструкторы турбореактивных двигателей отдельно рассчитывают на компьютерах конструкцию камеры сгорания или лопатки лопасти турбины. Это занимает массу времени, полученные результаты надо "сшить", обобщить. На перспективном суперкомпьютере можно будет просчитать весь двигатель целиком (эффективно используемой оперативной памяти заведомо должно хватить). По оценкам специалистов НАСА, даже суперкомпьютер в один экзафлопс (10 в 18-й степени) позволит проверять расчетами создаваемые сложные технические изделия так быстро, как придумывает инженер. Для военных суперкомпьютер - вещь вообще незаменимая. Например, только он может оперативно решить, как лучше применять оружие, какую тактику избрать при нанесении ударов. Современный военный разведывательно-ударный комплекс - это спутники, самолеты слежения, пункт принятия решений, авиация, ВМФ и космические силы, сухопутные войска. Управляться с этим хозяйством без суперкомпьютера немыслимо, причем не только наземного, но и большого количества суперкомпьютеров в бортовом исполнении. Еще пример. Известно, что военные в разных системах пользуются электронными картами местности. Чтобы работать с такой картой, нужен компьютер с быстродействием минимум 2 терафлопса (десять в 12-й степени операций в секунду над числами с плавающей точкой). Важность карт такова, что для получения дополнительных средств на их подготовку американцы организовали "нечаянное" попадание в китайское посольство в ходе войны с Югославией. Скандал получился масштабный, и деньги на карты сразу нашлись. А как обойтись без прогноза боевых действий? Перед войной в Персидском заливе американцы моделировали много вариантов развития боевых действий. Получалось так, что в одном варианте Ирак выигрывал - в случае нанесения первыми удара по высаживающимся американским войскам. Американская сторона могла понести в этом случае большие потери в живой силе, а это неминуемо спровоцировало бы массовые акции протеста в самой Америке, и на операции можно было бы ставить крест. Но иракцы предпочли воевать, как по-другому, приготовились давать отпор после нападения - и проиграли. Надеюсь, вам уже понятно: суперкомпьютер - это действительно здорово. Непонятно одно - где в этом кибернетическом рае отведено место нам, России. Курсом на Cray - Лично мне давно нравятся технические решения фирмы Cray, - говорит Эйсымонт. - И надо сказать, что НИЦЭВТ начал дрейфовать в сторону создания компьютеров, сходных по архитектуре с системами Cray, еще в середине 1980-х годов. Последний суперкомпьютер СССР - машина ЕС1195, построенная в НИЦЭВТе, была похожа на NEC SX-2, японский вариант развития архитектуры Cray. Заметим, что именно NEC SX-2 превратилась через годы в Earth Simulator. Сейчас работы НИЦЭВТа по суперкомпьютерам ведутся в русле идей и принципов, которыми руководствуется и фирма Cray при работе по проекту Cascade программы DARPA HPCS. К сожалению, эти работы ведутся с отставанием... Результат такого курса у нас - созданный проект самого перспективного в России суперкомпьютера "Ангара". Это, прежде всего, как и в последних машинах Cray, так называемый мультиредовый высокоскоростной микропроцессор вычислительного узла. Далее - специальная высокоскоростная коммуникационная сеть узлов, поддержка работы памятью огромного размера. - Мы разработали в рамках "Ангары" проекты двух многоядерных мультитредовых микропроцессоров, один попроще - J7, другой посложнее - J10, - говорит Леонид Эйсымонт. - Разработали имитационные модели таких микропроцессоров и суперкомпьютеров на их основе. Полученные результаты обнадеживают. Например, экспериментально доказана достижимость на "Ангаре" эффективности в 1 000-2 000 GUPS. Это просто рывок на фоне нынешних 0,01 GUPS на американских и российских кластерах... Если проект будет нормально финансироваться, опытный образец "Ангары" с программным обеспечением увидит свет в 2011 году. Другое дело, что один НИЦЭВТ в поле не воин. Опыт тех же американцев показывает, что без кооперации ведомств и четкого государственного контроля разрабатывать суперкомпьютеры такого уровня невозможно. Плохо и то, что правительство у нас сплошь состоит из юристов и экономистов, а никак не из инженеров. Человеку без технического образования трудно понять значимость таких разработок. Технические советники и консультанты также слабоваты в этой области, хотя и со званиями. Между тем Джордж Буш в своем послании к нации 2006 года сказал, что "...Америка должна продолжать лидировать в мире по человеческому таланту и креативности ...Я предлагаю увеличить вдвое финансирование физиков на ближайшие 10 лет в базовых областях исследований. Это финансирование должно усилить исследования и разработки в таких многообещающих областях, как нанотехнологии, суперкомпьютинг и поиск альтернативных источников энергии". В России обратили внимание на нанотехнологии - и только. Между тем как специалистам понятно: надо рисковать и делать суперкомпьютеры мирового класса. Исторический шанс есть.
Автор: Андрей Полунин
В начало сайта |