Недавно в средствах массовой информации промелькнуло сообщение о том, что в России запущен в эксплуатацию суперкомпьютер скоростью 1012 операций в секунду. При этом подчеркивалось, что аналогичные компьютеры сейчас есть только в США и Японии. Что касается сегодняшнего дня, то это, по-видимому, на самом деле так. Однако...
Почему сегодня, когда мир насыщен разнообразной вычислительной техникой, массово используются персональные компьютеры, сеть Internet объединила планету в единое информационное пространство, актуальной остается проблема создания и использования суперкомпьютеров? А дело в том, что научно-технический прогресс подвел человечество к такому уровню, когда необходимо решать проблемы непосильные для традиционных средств вычислительной техники. Приведем хотя бы один наглядный пример.
Известно, что в мире используются сотни миллионов автомобилей, которые расходуют в огромных количествах бензин и дизельное топливо и тем самым существенно загрязняют окружающую среду. Как раз наличие суперкомпьютера дало возможность немецкому концерну «Фольксваген» провести за короткий промежуток времени огромное количество вычислений по моделированию конструкций перспективных автомобилей и наладить серийный выпуск энерго- и ресурсоемкого легкового автомобиля «Лупо ТДИ». Этот автомобиль потребляет 2,99 литра дизельного топлива на 100 километров пути. Кроме того, впервые выбросы углекислого газа этим автомобилем составляют менее 90 граммов на километр. То есть «Лупо ТДИ» является наиболее экономичным и экологически чистым автомобилем в мире на данное время. Таких показателей удалось достичь путем оптимизации двигателя и уменьшения массы автомобиля. Благодаря применению такого легкого материала, как алюминий вес «Лупо ТДИ» составляет только 800 кг, скорость — до 170 км в час, сопротивление воздуха — 0,29 (журнал «Германия», № 1/99). Но проектирование автомобиля с такими характеристиками стало возможным только благодаря моделированию его конструкции в целом, с учетом аэродинамических и других процессов. Только суперкомпьютеру стало под силу решать задачи, которые при этом возникают, с числовыми данными до нескольких десятков миллионов.
Сейчас нет ни одной отрасли в естественно-научных исследованиях, где бы не использовался суперкомпьютер как один из основных инструментов исследования явлений или объектов современного мира. В физике, физике плазмы, космологии, химии, биологии, медицине, фармакологии, геофизике, геологии, метеорологии и др. широко используются такие модели явлений, процессов, объектов, которые не могут быть реализованы на обычных компьютерах. На суперкомпьютерах проводят многочисленные эксперименты, по результатам которых планируют и ставят натурные эксперименты. Широко используются суперкомпьютеры в промышленности. На основании многочисленных экспериментов разрабатываются энерго- и ресурсосберегающие объекты современной техники. Без экологических исследований, которые могут быть проведены только с помощью суперкомпьютеров, нельзя говорить об экологической безопасности как страны в целом, так и отдельных ее регионов. Суперкомпьютеры содействуют безопасности работников в различных сферах человеческой деятельности. Они применяются при создании тренажеров для обучения спасательного персонала при возникновении значительных катастроф, работников атомных электростанций, а также для прогнозирования последствий их действий и тому подобное. Использование суперкомпьютеров и многочисленные моделирования с динамичной виртуализацией при разработке объектов новой техники дают возможность перебирать огромное количество вариантов и тем самым существенно сокращать срок создания объектов и улучшать их качество. Динамичная виртуализация дает возможность наглядно представлять процессы, которые происходят в динамике или в виртуальной лаборатории по изучению разрушений автомобилей во время их столкновений, или в виртуальной медицине при выполнении сложных хирургических операций. Виртуальное изображение места катастроф существенно облегчает понимание процессов, которые имели место в действительности, и помогает прогнозировать последствия тех или других решений относительно их ликвидации. Успешно используются суперкомпьютеры для выполнения процессов анимации в искусстве, криминалистике и т.д.
Наш соотечественник академик В.М. Глушков очень хорошо понимал значение компьютеров для технического прогресса страны и в последние годы своей жизни со своими последователями занимался созданием суперкомпьютера для научно-технических расчетов (Официальный регистрационный номер ЕС 1766). Им и его сподвижниками еще в 1979 году, впервые в мире, был применен принцип построения суперкомпьютера с множественным потоком команд и данных. Отметим, что еще в 80-х годах в США и Японии разрабатывались суперкомпьютеры с векторно-конвейерной обработкой, архитектура которых была предложена фирмой Cray.
Прошли годы и за это время в мире созданы сотни суперкомпьютеров, использующие архитектуру, которая впервые была теоретически обоснована и практически реализована в Институте кибернетики под руководством В.М. Глушкова. Так, в 2000 году фирмой IBM был создан высокопроизводительный компьютер ASCI White SP, который состоит из 8192 микропроцессоров, производительностью 1013 операций в секунду. А сегодня специалисты в области компьютерных технологий предусматривают создание до 2004 года суперкомпьютеров производительностью 1014 операций в секунду, а до 2010 года — 1015 операций в секунду. Лидерами в гонке по созданию суперкомпьютеров являются всемирно известные фирмы IBM, Intel, SGI, Hitachi, Fujitsu, NEC и другие. Многомиллиардные вложения в разработку суперкомпьютеров, их использование в развитых странах и стремительное увеличение их производительности объясняется тем, что они в значительной мере содействуют обеспечению национальной безопасности и экономической независимости страны, а также мировому научно-техническому прогрессу.
Во всем мире суперкомпьютеры и их использование играют исключительно важную стратегическую роль. Европейские страны за последние десять лет значительно увеличили финансирование на разработку прикладного программного обеспечения суперкомпьютеров. В Барселоне Европейской Комиссией создан Центр супер- и квантовых компьютеров, который руководит исследованиями в этой области в рамках Европейского Союза. Только в ФРГ в работах по созданию программ и решению задач на суперкомпьютерах заняты более 175 различных организаций (научных центров, университетов, промышленных предприятий, экологических организаций и тому подобное). Однако в настоящее время рынок суперкомпьютерных систем монополизирован в основном американскими фирмами. Это — закономерный результат политики, которая проводится в течение десятков лет правительством США, которое всячески содействует развитию данного направления в виде государственных заказов, специальных программ, прямых бюджетных финансирований, грантов и побочных — в виде всяческих поддержек и льгот — моментов. (Информацию о пятистах современных суперкомпьютерах можно получить в Internet по адресу http://www.top500-org).
Ну, а что же Украина? Сотрудники Института кибернетики НАНУ пытаются продолжить научные исследования по разработке методов анализа и решения задач и созданию интеллектуальной программной среды для параллельных компьютеров. При этом используется практически воплощенная еще в отечественных компьютерах серии МИР (Машина для инженерных расчетов) идея о том, что производительность компьютера определяется не только его быстродействием, которое измеряется количеством выполняемых в секунду операций, а в первую очередь уровнем его внутреннего «интеллекта» и уровнем программного обеспечения. Одна из таких работ выполнена и еще одна выполняется по заказу и за средства Федерального министерства по образованию, науке и технологиям Германии, в рамках TRANSFORM-программы Рамочного соглашения № 730 между правительствами Украины и ФРГ о консультациях и техническом сотрудничестве. На основании выполненных научных исследований может быть создан принципиально новый класс компьютеров для научно-технических расчетов — семейство интеллектуальных компьютеров (интеллектуальных персональных компьютеров, интеллектуальных рабочих станций и интеллектуальных MIMD-компьютеров). Проведенные исследования показали, что сократить время решения задачи можно не только за счет распараллеливания вычислений, но также и за счет интеллектуализации программ и компьютеров, что осуществляется благодаря архитектуре компьютера и интеллектуальному программному обеспечению. Такой класс компьютеров может быть конкурентоспособным на международном компьютерном рынке. Создание семейства интеллектуальных компьютеров было включено в Научно-техническую программу «Средства информатизации и вычислительной техники» (шифр: «Информатизация 2005» на 2001—2005 годы). Однако средств на выполнение этой программы пока что нет. Обращение к некоторым украинским бизнесменам с предложениями финансировать разработку по созданию семейства интеллектуальных компьютеров, которые могли бы приносить прибыль до 100 миллионов долларов США в год, пока что не нашли поддержки.
Академик В.М. Глушков, предвидевший четверть века назад роль и значение суперкомпьютеров в жизни современного общества, создал все предпосылки для того, чтобы Украина могла разработать свой собственный компьютер, который бы отвечал по своим функциональными возможностями современному суперкомпьютеру и обеспечил бы ее национальную безопасность и экономическую независимость.
Будем надеяться, что государственная, политическая и деловая элиты Украины поймут значение высокопроизводительных вычислений и отечественных современных компьютеров для научно- технического прогресса страны.
