ќблачные технологии и заоблачные цели: суперкомпьютеры ё”р√” повышают эффективность предпри€тий

—уперкомпьютеры дл€ промышленности и киноискусства

¬ конце 2016 года в рамках проекта по формированию научных лабораторий мирового уровн€ на базе ¬ысшей школы электроники и компьютерных наук (¬Ў Ё Ќ) ёжно-”ральского государственного университета была организована Ћаборатори€ проблемно-ориентированных облачных сред» под руководством профессора јндре€ „ерных, директора лаборатории параллельных вычислений ÷ентра научных исследований и высшего образовани€ Ёнсенады (ћексика).

– ћы познакомились с јндреем Ќиколаевичем на научной конференции –оссийской академии наук, посв€щенной вопросам организации облачных вычислений и высокопроизводительных вычислительных систем. ¬ начале 1990-х его пригласили в ведущий научно-исследовательский центр ћексики, где за 20 лет он смог организовать центр высокопроизводительных вычислений, известный по всему миру исследовани€ми в области планировани€ распределенных вычислительных задач. ¬ результате знакомства с јндреем Ќиколаевичем и родилась иде€ такой совместной лаборатории, – говорит директор ¬Ў Ё Ќ √леб –адченко. – ¬ рамках работ по данному направлению профессор „ерных уже приезжал к нам в декабре прошлого года. ќн провел серию лекций дл€ студентов и преподавателей ё”р√”, а сейчас один из наших аспирантов находитс€ на стажировке в его центре в ћексике. ќсновной задачей стажировки €вл€етс€ проведение научных работ по теме планировани€ и диспетчеризации ресурсов облачных вычислительных сред и подготовка статьи дл€ публикации в научном журнале совместно с научными сотрудниками центра.

ќблачные технологии и заоблачные цели: суперкомпьютеры ё”р√” повышают эффективность предпри€тий

“ематика лаборатории, которую возглавит профессор „ерных, ориентирована на решение задач, св€занных с суперкомпьютерными вычислени€ми. —уперкомпьютер – это очень мощна€, высокопроизводительна€ вычислительна€ система, содержаща€ в себе целый р€д уникальных разработок мирового уровн€, котора€ по своим техническим параметрам и скорости вычислений превосходит большинство существующих в мире компьютеров. ¬о всем мире таких систем насчитываетс€ не более тыс€чи.

¬ лаборатории суперкомпьютерного моделировани€ ё”р√” установлено три суперкомпьютера, производительность которых находитс€ на уровне ведущих мировых вычислительных систем. ƒва суперкомпьютера ё”р√” («“орнадо ё”р√”» и «— »‘-јврора ё”р√”») €вл€ютс€ самыми высокопроизводительными системами ”рала и —ибири, занима€ 8- и 15-е место среди самых мощных суперкомпьютеров в –оссии и —Ќ√.

– ќт конечного пользовател€ таких высокопроизводительных систем требуетс€ наличие специфических знаний в области высокопроизводительных вычислений, таких как: архитектура суперкомпьютеров, навыки работы в Unix-подобных операционных системах, настройка удаленного доступа, умение работать с очеред€ми задач. ¬ рамках совместной лаборатории с профессором „ерных мы создаем решени€, обеспечивающие прозрачное предоставление суперкомпьютерных ресурсов инженерам, исследовател€м, промышленным заказчикам, предлагаем им облачный веб-интерфейс, ориентированный на решение их конкретных классов задач, – добавл€ет √леб –адченко.

ќблачные технологии и заоблачные цели: суперкомпьютеры ё”р√” повышают эффективность предпри€тий

“акже важным направлением применени€ суперкомпьютерных систем, развивающимс€ в ё”р√”, €вл€етс€ анализ «больших данных» (от анг. Big Data). Ёто направление сформировалось в конце 2000-х годов и объединило в себе совокупность методов обработки неструктурированных данных огромных объЄмов и значительного многообрази€ дл€ получени€ полезных дл€ конечного пользовател€ результатов. —тремительное развитие этого направлени€ св€зывают с по€влением суперкомпьютеров, применение которых позвол€ет справитьс€ с огромными объемами данных, их анализ невозможно выполнить на персональных компьютерах классическими методами.

¬ рамках направлени€ интеллектуального анализа данных ё”р√” выбрал нишу решени€ задач дл€ промышленности и индустрии. ¬ рамках проекта «ќблачна€ индустриальна€ платформа» исследуютс€ возможности по созданию системы «÷ифровых двойников» производственных процессов. ÷ифровой двойник – это виртуальный образ устройства или технологического цикла, реализованный в виде компьютерных физических и математических моделей в рамках суперкомпьютерной системы. ÷ифровой двойник в реальном режиме времени синхронизируетс€ с производственными процессами путем обработки данных, получаемых с интеллектуальных беспроводных сенсоров. “акие сенсоры позвол€ют отслеживать характеристики технологических процессов (такие как электропотребление оборудовани€, скорости потока жидкостей или газов в трубах, структурные составл€ющие таких потоков, вибрацию в критически важных узлах и др.). —отни сенсоров ежесекундно передают информацию на суперкомпьютер, где посто€нно производитс€ анализ поступающих данных дл€ оценки эффективности работы оборудовани€, оценки потенциальных рисков.

– ћы разрабатываем платформу, обеспечивающую сбор, интерпретацию и анализ всех этих данных и предоставл€ющую конечному пользователю, например ведущему инженеру или владельцу предпри€ти€, полезную именно дл€ него информацию. Ќапример, проанализировав эффективность работы насосной системы, система может дать рекомендацию, что если конкретный узел остановить дл€ планового технического обслуживани€ послезавтра в шесть часов вечера, стоимость его остановки будет минимальной, – объ€сн€ет директор ¬ысшей школы электроники и компьютерных наук ё”р√”. – ≈сли насосу не провести плановое “ќ, он будет работать менее эффективно, и предпри€тие начнет нести убытки. — другой стороны, если отключить оборудование раньше, тогда оно не доработает свой ресурс, и компани€ вновь понесЄт ненужные расходы.

ќблачные технологии и заоблачные цели: суперкомпьютеры ё”р√” повышают эффективность предпри€тий

¬ насто€щее врем€ суперкомпьютерные ресурсы ё”р√” используютс€ инженерами и исследовател€ми в добывающей и перерабатывающей промышленности, нужны инжиниринговым компани€м и научным центрам, которые занимаютс€ моделированием физических процессов, химических €влений и наночастиц, производственным предпри€ти€м, производ€щим высокотехнологическую продукцию, концернам авиапромышленности и ракетостроени€.

≈ще одна область, где примен€ютс€ суперкомпьютерные мощности, – это визуализаци€ 3D-графики. —овременные фильмы и мультфильмы практически на 90% состо€т из компьютерной графики, и, чтобы выпустить фильм на экран, его в начале нужно визуализировать. ƒл€ визуализации требуютс€ сверхбольшие вычислительные ресурсы. ” нас в стране такие ресурсы предоставл€ютс€, в частности, суперкомпьютерным центром ё”р√”. “аким образом, на суперкомпьютерах ё”р√” производилась визуализаци€ спецэффектов дл€ фильмов «ќн дракон», «Ћедокол», «Ёкипаж», мультфильма «—авва, сердце воина» и многих других.

– “акие коммерческие проекты могут иметь место, но все же основное предназначение суперкомпьютеров – это научные исследовани€ и решение сложных производственных задач, – добавл€ет √леб –адченко.

¬ ё”р√” установлены три самых мощных суперкомпьютера в ”ральском ‘едеральном округе. ѕервый – «— »‘ ”рал» – по€вилс€ в университете в 2008 году и стал первым суперкомпьютером ё”р√”, вошедшим в рейтинг 500 самых высокопроизводительных суперкомпьютеров мира (топ-500). —уперкомпьютер «— »‘-јврора ё”р√”» стал совместной разработкой »нститута программных систем –јЌ, российской компании –—  — »‘ и италь€нской компании Eurotech. ¬ июне 2011 года он вошел в топ-100 самых мощных суперкомпьютеров мира. “ретий суперкомпьютер «“орнадо ё”р√”», установленный в 2013 году, стал первым в ≈вропе среди университетских вычислительных комплексов, оснащенных новейшими сопроцессорами Intel® Xeon Phi™, и одной из первых систем, перешедших на жидкостное охлаждение. —огласно мировому рейтингу Green500, данна€ суперкомпьютерна€ платформа €вл€етс€ одной из самых энергоэффективных в –оссии и —Ќ√.

¬се – на облако

ѕостроение собственного центра обработки данных на предпри€тии – очень затратный и ответственный проект, требующий серьезных инвестиций и высоких компетенций. —уперкомпьютер – это цела€ инфраструктура, дл€ которой нужно помещение, площади дл€ вентил€ции и охлаждени€, энергосистема, система резервировани€ данных и электроэнергии, целый штат администраторов и программистов. Ќе кажда€ компани€ готова идти на такие затраты, особенно если встает вопрос об эффективности использовани€ таких ресурсов. ≈сли средн€€ вычислительна€ загрузка такой машины будет менее 50%, то это будет экономически провальный проект.

– ¬ нашем университете установлены собственные электростанции, которые обеспечивают электроснабжением корпус университета, включа€ все суперкомпьютерные ресурсы. “акже в рамках суперкомпьютерного центра ё”р√” развернута собственна€ система бесперебойного питани€, обеспечивающа€ корректную работу всех суперкомпьютеров в случае перебоев электроэнергии, – разъ€сн€ет директор ¬ысшей школы электроники и компьютерных наук ё”р√” √леб –адченко. – „тобы не закупать дорогосто€щее оборудование и не выстраивать сложнейшую инфраструктуру, предпри€ти€ обращаютс€ в центры обработки данных, такие как наш суперкомпьютерный центр. ” нас посто€нно загружены 80-90% узлов: одна задача решаетс€ – приходит друга€. Ёто исключает простой вычислительных систем и позвол€ет уменьшить стоимость решени€ дл€ коммерческого потребител€. ћы можем использовать одни и те же алгоритмы анализа дл€ разных потребителей, а предпри€ти€ таким образом могут экономить существенные средства на рутинных операци€х и заниматьс€ своей основной де€тельностью.

ќблачные технологии и заоблачные цели: суперкомпьютеры ё”р√” повышают эффективность предпри€тий

– —уперкомпьютер может решать задачи не только дл€ уральских предпри€тий: его ресурсы можно использовать из любой точки земного шара, – добавл€ет √леб –адченко. ћы можем предоставить вычислительные возможности нашим клиентам по всему миру, и многие коллеги из зарубежных институтов, в том числе из ћексики, используют наш суперкомпьютер дл€ решени€ своих задач.

—оюз ћексики и –оссии

—ейчас на суперкомпьютерах ё”р√” решаетс€ более 150 научных задач из различных сфер: машиностроение, металлурги€ и металлообработка, топливно-энергетический комплекс, лЄгка€ промышленность, фармацевтика, фундаментальные исследовани€ в области физики, химии, компьютерных наук. ѕланируетс€, что при сотрудничестве с профессором „ерных эти направлени€ будут развиватьс€ и дополн€тьс€ новыми област€ми исследовани€.

– ¬ начале XXI века мы пон€ли, насколько важно международное сотрудничество в области научных исследований, – продолжает √леб –адченко. – Ќапример, в –оссии непосредственно моей тематикой занимаютс€ не более 10-15 научных групп. » когда € публикую исследование по своему направлению на русском €зыке, объем целевой аудитории в лучшем случае составл€ет 100-150 человек. ≈сли ту же самую статью € опубликую на английском €зыке в высокорейтинговом международном журнале, то количество исследователей, до кого € смогу донести результаты моей работы, увеличитс€ на несколько пор€дков. ¬се учЄные заинтересованы в таком сотрудничестве, недаром в мире развиваютс€ международные коллаборации, подаютс€ за€вки на совместные гранты учЄными из разных стран. “ак, ¬Ў Ё Ќ ё”р√” активно участвует в международном проекте PWs@PhD в рамках европейского гранта «Ёразмус+» по программной инженерии, в который включены ведущие университеты –оссии, ‘инл€ндии, ƒании, ¬еликобритании и »ордании.

ќт студента – до учЄного с мировым именем

ƒл€ работы в суперкомпьютерный центр и лабораторию проблемно-ориентированных облачных сред привлекаютс€ студенты ё”р√”, начина€ с третьего курса. ”чащиес€, которые про€вл€ют заинтересованность в данном направлении, уже вместе с научными руководител€ми готов€т собственные публикации на русском и английском €зыках.

– Ќаши студенты и аспиранты, работающие в суперкомпьютерном центре и научных лаборатори€х, занимаютс€ исследовани€ми и разработками программных систем в таких област€х как базы данных, облачные и высокопроизводительные вычислени€, интеллектуальный анализ данных, нейронные сети, искусственный интеллект и многое другое – добавл€ет √леб –адченко. – —туденты участвуют во всероссийских и международных научных конференци€х, проход€щих от √вадалахары до ¬ладивостока, соревнуютс€ в чемпионатах по спортивному программированию.

ќблачные технологии и заоблачные цели: суперкомпьютеры ё”р√” повышают эффективность предпри€тий

“акже студенты имеют возможность подготовить проекты и получить гранты на реализацию собственных научных проектов. Ќапример, в 2017 году уже шесть студентов и аспирантов ¬ысшей школы электроники и компьютерных наук победили во всероссийском конкурсе «”мник» и получили финансирование на развитие своих научных проектов в размере 500 000 рублей на два года. ј если студент не только хорошо учитс€, но и публикует свои исследовани€ в научных журналах высокого уровн€, он имеет возможность поборотьс€ за повышенную стипендию – до 25 000 рублей ежемес€чно. “аким образом они могут не тратить своЄ врем€ в поисках подработки, а заниматьс€ наукой.

ƒл€ студента, научна€ работа во врем€ обучени€ – это залог успешного карьерного роста. ¬едь основной контингент выпускников ¬ысшей школы электроники и компьютерных наук сразу после окончани€ университета выходит на работу в топовые компании не только нашей страны, но и всего мира.