Вісник НАН України. 2018. № 8. С.58-65
https://doi.org/10.15407/visn2018.08.058
ХІМІЧ Олександр Миколайович —
член-кореспондент НАН України, заступник директора Інституту кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України
МАТЕМАТИЧНЕ МОДЕЛЮВАННЯ СКЛАДНИХ СИСТЕМ НА ОСНОВІ СУПЕРКОМП’ЮТЕРНИХ ТЕХНОЛОГІЙ
Стенограма наукової доповіді на засіданні Президії НАН України 27 червня 2018 року
У доповіді висвітлено сучасний стан проблеми використання суперкомп’ютерних технологій для математичного моделювання складних систем і розв’язування великорозмірних надскладних обчислювальних задач. Представлено створену в Інституті кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України інфраструктуру та запропоновано сучасний підхід до математичного моделювання на основі високопродуктивних обчислень та інтелектуальних технологій на базі суперкомп’ютера СКІТ і сімейства інтелектуальних комп’ютерів Інпарком. Наголошено на необхідності вжиття заходів щодо модернізації та збільшення потужності суперкомп’ютера СКІТ, а також на розширенні впровадження вітчизняних інтелектуальних паралельних комп’ютерів сімейства Інпарком для вирішення науково-технічних завдань. Крім того, Україна має зробити всі необхідні кроки, щоб долучитися до ініціативи Євросоюзу з розвитку високопотужних комп’ютерів.
Шановний Борисе Євгеновичу!
Шановні колеги!
Гадаю, в цій аудиторії нікого не потрібно переконувати в тому, що комп’ютерні технології, обчислювальний експеримент є запорукою створення конкурентоспроможної продукції в усіх галузях народного господарства. Застосування новітніх інформаційних технологій визначає рівень науково-технічного розвитку держави. Ці технології є локомотивом розвитку хайтек-майбутнього: штучного інтелекту, кібербезпеки, блокчейн-технологій, роботизації тощо.
У доповіді я хотів би привернути вашу увагу до використання суперкомп’ютерних технологій для математичного моделювання складних систем, тобто для тих випадків, коли ресурсу сучасних персональних комп’ютерів чи робочих станцій не вистачає. Можливість застосування суперкомп’ютерних технологій сприяє постановці та розв’язанню великорозмірних надскладних обчислювальних задач. Наприклад, при математичному моделюванні міцнісних характеристик літака в цілому постає необхідність у розв’язанні системи лінійних алгебраїчних рівнянь, порядок якої становить близько 30 млн. Високопродуктивні обчислення та суперкомп’ютерні технології на основі паралельних обчислень часто є одним з основних, а інколи і єдиним інструментом математичного моделювання в наукових та інженерних дослідженнях і дає можливість на порядок (а іноді й більше) підвищити ефективність розв’язання різноманітних задач у сфері науки, техніки, економіки, промисловості, державного управління, безпекової політики держави тощо.
Сьогодні суперкомп’ютери є національним пріоритетом у США, Європейському Союзі, Китаї. Єврокомісія започаткувала кілька європейських платформ, спрямованих на сприяння розвитку суперкомп’ютерних технологій:
- Європейська хмара відкритої науки (European Open Science Cloud — EOSC);
- Європейська технологічна платформа для високопродуктивних обчислень з метою спільного розроблення та використання суперкомп’ютерних технологій та їх застосувань (European High-Performance Computing Joint Undertaking — EuroHPC);
- суперкомп’ютерні екзафлопсні проекти в рамках програми ЄС з досліджень та інновацій «Горизонт-2020».
Крім того, минулого року віце-президент Єврокомісії з питань єдиного цифрового ринку Андрус Ансип (Andrus Ansip) оголосив про початок реалізації амбітного проекту зі створення до 2020 р. власного європейського суперкомп’ютера, який би входив до першої десятки у світовому рейтингу суперкомп’ютерів. Обсяг капіталовкладень, запланованих на реалізацію цього проекту, сягає 1 млрд євро.
В Україні суперкомп’ютинг як науковий напрям розвивається з кінця 70-х років минулого століття, коли на основі ідеї академіка В.М. Глушкова розпочалася робота зі створення нової архітектури багатопроцесорних суперкомп’ютерів. Проте реалізовано ідею розроблення макроконвеєрної обчислювальної системи було вже після смерті В.М. Глушкова. Під керівництвом академіка В.С. Михалевича було створено промислові зразки макроконвеєрного обчислювального комплексу (МОК) ЄС-1766 — першої багатопроцесорної обчислювальної системи з розподіленою пам’яттю і високою ефективністю розпаралелювання процесів розв’язування задач. При цьому макроконвеєрна організація обчислень дала змогу забезпечити майже лінійне зростання продуктивності комп’ютера зі збільшенням кількості процесорів.
Свого часу на МОК ЄС-1766 було розв’язано цілу низку прикладних задач великої складності. Наприклад, на замовлення ЦАГІ ім. проф. М.Є. Жуковського розв’язувалися задачі, пов’язані з дослідженням на міцність літака в цілому; було проведено чисельне моделювання ядерного вибуху за допомогою програми Всесоюзного науково-дослідного інституту експериментальної фізики; виконано дослідження взаємодії атмосфери та океану за програмою відділу обчислювальної математики АН СРСР. Отримані результати засвідчили високу ефективність МОК, а також добру корельованість даних чисельних та натурних експериментів. Співробітники Інституту кібернетики підготували першу в Радянському Союзі монографію з паралельних обчислень «Численные методы для многопроцессорного вычислительного комплекса ЕС», видану в 1985 р. у Військово-повітряній інженерній академії імені Жуковського.