Вісник НАН України. 2019. № 8.
https://doi.org/10.15407/visn2019.08.037
СЕРГІЄНКО Іван Васильович —
академік НАН України, директор Інституту кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України
ХІМІЧ Олександр Миколайович —
член-кореспондент НАН України, заступник директора Інституту кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України
МАТЕМАТИЧНЕ МОДЕЛЮВАННЯ: ВІД МЕЛМ ДО ЕКЗАФЛОПСІВ
У статті простежено еволюцію математичних і технічних засобів комп’ютерного моделювання від найперших комп’ютерів до сучасних суперкомп’ютерів та від вузькоспеціалізованих розрахункових задач до міждисциплінарних моделей, які відповідають потребам широкого кола галузей вітчизняної економіки. Коротко схарактеризовано математичні напрями, в яких Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України має унікальні досягнення світового рівня. Їх поєднання з суперкомп’ютерними технологіями та сучасними напрямами інтелектуального моделювання може дати проривний ефект для отримання нових знань у сфері цифрових технологій, які сьогодні стрімко розвиваються в усьому світі.
Математичне моделювання як методологія дослідження нових процесів, об’єктів та явищ методами обчислювального експерименту є універсальною, інваріантною відносно предметної галузі і може стати локомотивом наукових досліджень для потреб розвитку будь-якої галузі: науки, економіки, національної безпеки та оборони України тощо.
Математичне моделювання — це сукупність фундаментальних і прикладних наукових напрямів, спрямованих на вивчення процесів і явищ засобами математичних методів, обчислювальних алгоритмів і комп’ютерних технологій. Високопродуктивні обчислення і суперкомп’ютерні технології на основі паралельних обчислень сьогодні є одним з основних інструментів (а іноді і єдиним) математичного моделювання в наукових та інженерних дослідженнях. Процес математичного моделювання має, як правило, складний міждисциплінарний характер і потребує інтегрованих знань з багатьох дисциплін. Завдання з простими рішеннями вже не є актуальними.
В Інституті кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України та установах Кібернетичного центру НАН України накопичено значний технологічний та математичний інструментарій для методологічної і практичної підтримки розв’язання найскладніших задач сьогодення [1].
Україна — комп’ютерна держава. У 60-х роках минулого століття в Україні було створено першу на теренах континентальної Європи Малу електронну лічильну машину (МЕЛМ). Головна заслуга в цьому прориві належала академіку Сергію Олексійовичу Лебедєву. Створення МЕЛМ мало велике наукове і практичне значення, пов’язане із забезпеченням оборонних потреб СРСР та вирішенням завдань, які поставали при виконанні науково-дослідних робіт у різних галузях науки і техніки.
Слід зазначити, що створення та розвиток вітчизняних розробок обчислювальної техніки супроводжувалися отриманням серйозних результатів у галузі математичної теорії. Акцент змістився на розроблення чисельних методів розв’язання задач, орієнтованих на цифрову обробку і комп’ютерну реалізацію.
Провідниками ідеології математичного моделювання на основі комп’ютерних технологій в СРСР були Анатолій Олексійович Дородніцин і Олександр Андрійович Самарський. А.О. Дородніцин одним з перших серед радянських учених ясно усвідомив величезну революціонізуючу роль ЕОМ у науково-технічному прогресі і багато в чому сприяв широкій комп’ютеризації народного господарства. Він дав путівку в життя низці вітчизняних ЕОМ. До кола його інтересів входили роботи зі створення прикладних програм і обчислювальних систем для наукових досліджень, автоматизації проектування і планування тощо.
У 1970-х роках в Інституті кібернетики АН УРСР під керівництвом Віктора Михайловича Глушкова було створено серію машин «МИР» (рос. Машины для инженерных расчетов), які передували персональним комп’ютерам. Ці розробки сприяли значному розширенню сфери застосування обчислювальної техніки в наукових та інженерних дослідженнях, у математичному моделюванні процесів та об’єктів різної природи. Характерною особливістю комп’ютерів серії «МИР» є зручність взаємодії людини з комп’ютером, а також наявність арифметики довільної розрядності. Алгоритмічна мова серії «МИР» вирізняється простотою і орієнтована на розв’язування інженерних задач. Внутрішня мова цих комп’ютерів має високий ступінь інтерпретації, що дає можливість контролювати виконання алгоритму і легко втручатися в хід обчислень шляхом уже введеного алгоритму, формули, коефіцієнта тощо. Зокрема, мова «Аналітик», якою було оснащено «МИР-2», давала змогу безпосередньо формулювати завдання з аналітичними перетвореннями формул і обчислювати аналітичні вирази похідних та інтегралів. Можна відзначити такі характеристики новизни та оригінальності, які вирізняли комп’ютери серії «МИР» серед наявних тоді радянських і зарубіжних комп’ютерних розробок і які є актуальними й донині:
- довільна розрядність арифметики, причому оператор «розрядність» можна було використовувати в будь-якому місці програми;
- інтерпретація мови високого рівня в комп’ютері;
- наявність спеціальної мови високого рівня «Аналітик», яка додатково дозволяла безпосередньо формулювати завдання з аналітичними перетвореннями введених в комп’ютер формул.