Нанотехнологии - УрФО

Перейти на основной сайт
ИА ИНВУР Логотип Инновационного портала УрФО
Вы здесь: Главная // Аналитика

ИНВЕСТИЦИИ В СУПЕРКОМПЬЮТЕРНЫЕ И КВАНТОВО-КОМПЬЮТЕРНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ДЛЯ ТЕЛЕВИЗИОННЫХ И ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМ

Добавлено: 2017-10-20, просмотров: 204



Источник: Инвестиции в России, Леонид Раткин

В начале ноября телевизионный технический центр «Останкино» имени 50-летия Октября отметит полувековой юбилей

В начале ноября телевизионный технический центр «Останкино» имени 50-летия Октября отметит полувековой юбилей. Построенный в 1964-1967 годах вместе с Останкинской телебашней, его первая очередь была введена в строй в ноябре 1967 года. В канун столетия Великой октябрьской социалистической революции крупнейшему в Европе вещательному комплексу исполняется 50 лет! Перспективы применения суперкомпьютерных и квантово-компьютерных технологий, в частности, в телевизионных и телекоммуникационных системах, рассматривались в рамках форума «Russian Supercomputing Days», проходившего в конце сентября в Москве.

В старейшей отечественной академии – Российской академии наук (РАН) и ряде ведущих отечественных вузов успешно развиваются научные школы по суперкомпьютерным и квантово-компьютерным вычислениям: например, соответствующую научную школу НИИСИ РАН возглавляет академик РАН В.Б.Бетелин, Института прикладной математики им. М.В.Келдыша – академик РАН Б.Н.Четверушкин, МГУ им. М.В.Ломоносова – ректор МГУ академик РАН В.А.Садовничий и проректор МГУ академик РАН А.Р.Хохлов, Физико-технологического института РАН (ФТИАН) – член-корреспондент РАН В.Ф.Лукичев. Международную конференцию «Russian Supercomputing Days» открыл член-корреспондент РАН В.В.Воеводин (МГУ им. М.В.Ломоносова). После анонса 27-й редакции «рейтингового шорт–листа» из пятидесяти наиболее высокопроизводительных и сверхскоростных суперкомпьютеров «Top-50» Владимир Валентинович представил доклад о новых возможностях и перспективах суперкомпьютерных технологий. На пленарной сессии также состоялись выступления о гибридизации мультипроцессорных вычислений и технологиях «OmpSs» (Суперкомпьютерный центр Барселоны, Испания), опыте работы на суперкомпьютере «SX-ACE» (Университет Тохоку, Япония), поддержке суперкомпьютерных вычислений и обработки больших массивов данных (Южно-африканский центр высокопроизводительных вычислений), разработке таргетных лекарственных средств в эпоху суперкомпьютеров («BIOCAD»), программно-аппаратной поддержке суперкомпьютерных вычислений («Intel»), современных тенденциях развития высокопроизводительных вычислений («РСК»), экзафлопсных вычислениях («NVIDIA»), развитии суперкомпьютерных технологий и новых разработках компании («Т-Платформы»). Программа пленарного заседания включала также доклады о микропроцессорах семейства «Байкал», текущем состоянии и перспективах развития семейства «Эльбрус», возможностях высокоскоростной сети «Ангара» при создании высокопроизводительных вычислительных систем, системах хранения и обработки больших данных (Big Data), квантовой обработке информации (современное состояние и перспективы исследований), технологиям управления «Индустрией 4.0», «Цифровой Экономикой РФ» и месте суперкомпьютинга в этом процессе, данным в текстовой аналитике, технологическим и экономическим тенденциям развития высокопроизводительных вычислений в нефтегазовой отрасли и ускорению процессов машинного обучения.

Самая информативная и насыщенная выступлениями научная секция «Опыт решения прикладных задач», в частности, включала доклады по высокопроизводительным вычислениям от «Dell EMC» и опыту работы в совместных проектах, высокопроизводительным вычислениям при моделировании течений газовых смесей в микроканалах, возможностям «физической детонации» в потоке предварительно колебательно-возбуждённого водорода в ударной трубе, глобальной оптимизации с помощью тензорных поездов (применение к докингу в конфигурационном пространстве с большим числом измерений), использованию технологий параллельного программирования для моделирования сейсмических волн с учетом топографии сеточно-характеристическим методом, суперкомпьютерному моделированию процесса турбулентной структуризации молекулярных облаков в трехмерной постановке с применением вычислительных схем высокого разрешения, конечно-разностному моделированию распространения сейсмических волн в трёхмерно-неоднородных многомасштабных средах на основе локального измельчения сеток, параллельному моделированию кинетических процессов методом Монте-Карло (доклад – посвящение памяти Главного Теоретика Космонавтики, Президента АН СССР академика М.В. Келдыша в год 60-летия запуска первого Искусственного спутника Земли), оптимизации производительности в методе квантовых траекторий, оптимизации численных алгоритмов решения обратных задач ультразвуковой томографии на суперкомпьютерах, параллельной гетерогенной системе классификаторов для принятия решений в алгоритмической торговле, параллельному алгоритму решения уравнений Максвелла методом конечных разностей во временной области с выбором оптимальной топологии и динамической балансировкой, параллельному алгоритму согласованного оценивания фундаментальной матрицы в задаче сопоставления изображений, подходу к параллельному решению многокритериальных задач оптимизации с невыпуклыми ограничениями, принципам комбинаторного моделирования для исследования устойчивого развития энергетики Вьетнама, решению задач переноса нейтронного и гамма излучения с использованием многопроцессорных вычислительных систем, поиску оптимальных решений для задач фотореалистичной компьютерной графики на базе защищенной инфраструктуры суперкомпьютерного центра коллективного пользования, суперкомпьютерному моделированию нанокомпозитных компонентов и транспортных процессов в литий–ионных источниках энергии новых типов и суперкомпьютерному моделированию рассеяния электромагнитных волн методом граничных интегральных уравнений.

Секция «Вычислительные технологии и моделирование в ИВМ РАН» объединила выступления по тематике «Ani3D» расширения программной платформы «INMOST» и гидродинамическим приложениям, динамической оптимизации параметров параллельных линейных решателей при моделировании нестационарных процессов, развитию параллельного программного комплекса модели атмосферы «ПЛАВ», технологиям «нестинга» региональной модели океана в глобальную с использованием вычислительной платформы для массивно-параллельных компьютеров «CMF», ускорению с помощью графических адаптеров операций с плотными матрицами и блоками в методе Ланцоша для систем над большим простым полем.

На секции «Перспективные суперкомпьютерные технологии» были представлены научные сообщения, в частности, о квантовой обучаемой машине «Atos Quantum Learning Machine» («QLM»), быстром представлении распределенных ассоциативных операций в суперкомпьютерах, адаптации решателя динамического напряженно-деформированного состояния методом дискретных элементов для неоднородных вычислительных систем, автоматической векторизации циклов (анализ проблем, энергоэффективности и производительности на процессорах «Intel»), методах обеспечения отказоустойчивости с координированным сохранением контрольных точек, обзоре технологии программирования гетерогенных вычислительных систем под стандартом «OpenCL» на примере ускорителей АО «Алмаз-СП» на базе ПЛИС «IntelFPGA», ускорительных технологиях «Xilinx» для дата–центров, построении перспективных реконфигурируемых вычислительных систем с жидкостным охлаждением, ресурсонезависимом программировании гибридных реконфигурируемых вычислительных систем, гибридом суперкомпьютере на базе сети «Ангара» для задач вычислительного материаловедения, сравнении архитектур x86 и ARMv8, вкладу «IBM» в развитие технологий высокопроизводительных вычислений, анализу эффективности архитектур x86_64 процессоров «Intel» и «AMD» для расчетов из первых принципов (исследование пакета «VASP»), гибридных вычислительных кластерах для изучения структуры/функции/регуляции белков, архитектуры специализированных GPU-кластеров для решения обратных задач трехмерной низкочастотной ультразвуковой томографии, опыту решения прикладных задач с использованием DVM-системы.

Научно-промышленная секция включала выступления, в т.ч., по опыту численного моделирования кавитационных течений в корабельной гидродинамике, разномасштабным задачам тепломассообмена в атомной энергетике, постпроцессингу суперкомпьютерных расчетов в виртуальной реальности, тестированию работы программного обеспечения «ANSYS» на кластерах с отечественным высокопроизводительным интерконнектом «Ангара», применению суперкомпьютерных технологий для решения задач атомной энергетики, использованию суперкомпьютерных технологий для создания виртуально-цифровой АЭС, системам удаленного доступа и администрирования высокопроизводительных вычислений, изучению масштабируемости «FlowVision» на кластере с интерконнектом «Ангара», визуализации капель жидкости в «FlowVision», опыту применения отечественных суперкомпьютерных технологий в задачах ПАО «Компания «Сухой»».

Семинар «Параллельная обработка больших графов» объединил доклады, в т.ч., по трансляции проблемно-ориентированного языка «Green-Marl» для обработки графов в параллельный код на «Charm++», технологиям решения больших графовых задач на неоднородных вычислительных платформах, подходам к решению задачи выявления аномалий в графах и оценочному тестированию «Apache Spark» на кластере с сетью «Ангара».

На научной секции «Параллельные алгоритмы» были представлены сообщения, в частности, по изучению масштабируемости алгоритма NSLP для решения нестационарных задач линейного программирования на кластерных вычислительных системах, оценке эффективности одновременного моделирования нескольких состояний турбулентного течения на примере задачи о прямом расчете турбулентного обтекания массива кубов, параллельной реализации адаптивной многошаговой схемы редукции размерности для задач глобальной оптимизации, повышению MPI-масштабируемости прямого мультифронтального алгоритма численного решения трехмерного уравнения Гельмгольца с использованием сжатия данных, послойной декомпозиции в конечно-элементном анализе на гибридных архитектурах.

На семинаре «Программные инструменты Intel», состоялись выступления, в т.ч., по параллелизму, представлению и оптимизации архитектуры «Intel», применению FPGA для ускорения вычислений в дата–центрах, использованию «Intel System Studio» в учебном процессе Института Вычислительной математики и информационных технологий Казанского федерального университета, примерам реализации прикладных систем с использованием программных и аппаратных инструментов «Intel», глубокому обучению и обзору приложений, оптимизированных для «IntelR Xeon».

Научная секция «Распределенные и облачные вычисления» объединила доклады, в частности, по применению имитационного моделирования для улучшения планирования композитных приложений в гетерогенных вычислительных системах, методам управления параллельными заданиями суперкомпьютера с развёртыванием отдельных программных платформ и виртуализации сетей, ретроспективным спутниковым данным «в Облаке» с подходом на основе растровой СУБД, системе для создания имитаций веб-сервисов на основе RAML-спецификации для тестирования микросервисных приложений и упреждающему планированию в GRID на основе предпочтений стейкхолдеров.

Международный воркшоп по проблематике экосистем и конвергенции в сфере высокопроизводительных вычислений и больших данных собрал, в т.ч., разработчиков в сфере Big Data, «Extreme Scale Science», CBIR, систем глубокого машинного обучения, визуализации суперкомпьютеров экзафлопного класса, национальных GRID-инициатив, динамической загрузки в распределенных суперкомпьютерных системах экзафлопного класса.

На секции «Методы повышения эффективности приложений» состоялись научные презентации, в частности, по анализу энергопотребления алгоритма обработки мультиспектральных космических снимков, C++ playground для числового интеграционного метода, «JobDigest» – детальному анализу поведения приложений на основе данных системного мониторинга, системному подходу к решению сложных физических задач с помощью суперкомпьютерных приложений, некоторым аспектам изучения свойств алгоритмов на примере метода Хаусхолдера, архитектуре программного компонента для поддержки выполнения задач многомасштабного моделирования с использованием вычислительных шаблонов, векторизации алгоритмов анализа динамического напряженно-деформированного состояния для архитектур x86 с поддержкой векторных регистров, межсеточной интерполяции радиальными базисными функциями при параллельном решении сопряженных задач, оптимизации астрофизического кода AstroPhi с использованием roofline-анализа, оптимизации работы MPI-программ с учётом особенностей топологии кластеров с применением коммуникационной сети «Ангара», численным газодинамическим SPH-моделям и их реализация на GPU.

Семинар «Суперкомпьютерное образование: проблемы и перспективы» объединил научные сообщения, в т.ч., по применению зонтичного проекта распределенных вычислений в рамках учебного курса, разработке учебного курса «Параллельные численные методы» для будущих ученых и инженеров, обучению основам разработки приложений для современных архитектур высокопроизводительных вычислительных систем, параллельным вычислениям в отсутствии кластера, развитию платформы «Персональный виртуальный компьютер» в Южно-Уральском Государственном Университете, особенностям использования суперкомпьютерных вычислений в учебном процессе при изучении курса «Молекулярное моделирование» в «ТГТУ», сервис–ориентированной инфраструктуре для обучения технологиям обработки больших данных, современным тенденциям образовательной стратегии устойчивого развития экосистемы высокопроизводительных вычислений, формированию трехуровневой системы суперкомпьютерного образования в высших школах Северного Арктического Федерального Университета (САФУ) имени М.В. Ломоносова как части Инновационной политики региона, организации и проведению курса «Суперкомпьютерное моделирование», суперкомпьютерному моделированию и параллельным вычислениям, например, для телевизионных и телекоммуникационных приложений.

Конференция молодых ученых по суперкомпьютерной и квантово-компьютерной проблематике включала выступления, в частности, по анализу трафика «Infiniband» для построения коммуникационного профиля приложений, методам и средствам организации глобальной очереди заданий в территориально распределенной вычислительной системе, методам статистического анализа потока задач большого суперкомпьютерного комплекса, моделированию смазываемости редуктора, обобщенной модели функционирования модульных вычислительных систем реального времени для проверки допустимости конфигураций таких систем и использованию параллельных эволюционных алгоритмов оптимизации в задачах структурной биоинформатики.

Спецсеминар «Суперкомпьютерные вычисления на архитектуре Эльбрус» собрал разработчиков и эксплуатантов, для которых, среди прочих тем, были представлены доклады по краткому введению в «Эльбрус» с рассмотрением и оценкой особенностей ее архитектуры и программного обеспечения, конвейеризации циклов и доработке конвейеризации для алгоритмов SpMV/SymGS, практическому применению микропроцессоров семейства «Эльбрус» для высокопроизводительных вычислительных задач (например, сейсмика, гидродинамика) и вычислительным узлам с микропроцессорами семейства «Эльбрус» на современных суперкомпьютерах.

На семинаре «Элементы суперкомпьютерного образования для школьников» состоялись выступления, в т.ч., по проблематике уровня знаний школьников о суперкомпьютерах и задачах для них, формировании грамотности пятиклассников в области параллельных вычислений средствами программной среды «Scratch», визуализации параллельных алгоритмов работы строительных бригад в среде программирования «Scratch», учебному программному обеспечению для уроков по изучению параллельных вычислений и задачам на параллельные вычисления в конкурсе «ТРИЗформашка» (одна из ступеней в изучении «Теории решения изобретательских задач» – «ТРИЗ»).

Семинар «Квантовые вычисления» включал доклады о нечетких измерениях в задачах квантовой томографии, одноатомных твердотельных элементах и устройствах (текущее состояние и перспективы развития отрасли), квантово-криптографическом комплексе защиты информации для крупных дата–центров, преимуществах квантовых компьютеров и перспективах будущих демонстраций, квантовом генераторе случайных чисел и проблеме коррекции ошибок и стабилизации квантовой запутанности в искусственных квантовых системах.

Семинар «Суперкомпьютерные технологии в гуманитарных исследованиях» объединил научные сообщения о разработке агент-ориентированной модели демографических и миграционных процессов в Евразии и ее суперкомпьютерной реализации, а также о методологических особенностях мультиагентных суперкомпьютерных исследований.

Также в рамках научной программы международной конференции «Russian Supercomputing Days», в частности, состоялись вводные лекции по глубокому обучению и нейросетям, совещание Суперкомпьютерного консорциума университетов России, семинары «Ускорение вычислений по стандарту OpenCL на ПЛИС IntelFPGA» и «Ускорение выполнения задач HPC и Машинного Обучения, используя пакет MPI Mellanox – HPC-X», а также круглый стол «Технологии машинного обучения для автономного управления автомобилем». На другом круглом столе, посвященном перспективам и особенностям развития высокопроизводительных вычислений в РФ, обсуждались принципы совершенствования суперкомпьютерной инфраструктуры в масштабах государства, возможности новых вычислительных сервисов, прогнозирования отраслевых трендов на ближайшие годы, и особенности hardware & software и инфраструктуры с учетом импортозамещения в суперкомпьютерной области.

На постерной (стендовой) секции были представлены разработки по компиляторно-ориентированному подходу для когерентного управления программным кешем, по созданию автоматизированной системы обработки/накопления/распространения данных космических экспериментов, интеграции параллельных вычислений в системе моделировании и оптимизации извлечении запасов минерального сырья, применению компьютерного моделирования для анализа структуры и стабильности полимерных растворов и коллоидных дисперсий, изучению масштабируемости алгоритма глобальной оптимизации на классе задач варьируемой сложности, параллельным генетическим алгоритмам для автоматического программирования поведения роевых систем, программному пакету «MULTICOMP» для многоуровневого предсказательного моделирования свойств нанокомпозитов, численному моделированию сейсмограмм для изучения структурных особенностей зоны перехода от внешнего к внутреннему ядру Земли, суперкомпьютерным телевизионным и телекоммуникационным приложениям.

Выводы и рекомендации:

1. Телевизионный технический центр «Останкино» имени 50-летия Октября – плод научной мысли и концентрат творческой энергии многих тысяч советских и российских ученых и специалистов. В разработках новых и модернизированных телевизионных и телекоммуникационных систем, успешно функционирующих не одно десятилетие – результаты труда многих академических институтов и возглавляющих их руководителей научных школ – академиков и членов-корреспондентов АН СССР и РАН. Одним из новых направлений инвестирования являются суперкомпьютерные и квантово-компьютерные технологии, в частности, для телевизионных и телекоммуникационных систем. Российские ученые, ведущие разработки в этой сфере, близки к получению результатов, которые позволят создать новые направления фундаментальных и прикладных исследований и могут быть оценены мировым научным сообществом Нобелевской премией (в частности, по физике) уже в ближайшие годы.

2. В начале октября 2017 года были оглашены имена лауреатов Нобелевской премии, традиционно присуждаемой здравствующим ученым. За открытие гравитационных волн на установке «LIGO» по схеме с применением интерферометра Майкельсона, предложенной отечественными учеными М.Е.Герценштейном и В.И. Пустовойтом еще в 1962 году(!), Нобелевская премия по физике была присуждена Райнеру Вайссу, Кипу Торну и Барри Бэришу (США). Выпускник МГУ им. М.В. Ломоносова, д.ф.-м.н., профессор Михаил Евгеньевич Герценштейн (1926-2010) многие годы работал в НИИ ядерной физики МГУ. Президент РАН академик А.М. Сергеев отметил, что д.ф.-м.н., академик РАН, руководитель Научно-технологического центра уникального приборостроения РАН, заведующий кафедрой «Оптико-электронные приборы научных исследований» МГТУ им. Н.Э. Баумана, Владислав Иванович Пустовойт «заслуживает того, чтобы быть в числе Нобелевских лауреатов по детектированию гравитационных волн». В ноябре 2017 года состоится оглашение имен лауреатов «отечественной Нобелевки» - «Демидовской премии», и научная общественность ожидает, что достижения мирового уровня отечественного ученого-академика будут по достоинству оценены в России. Аналогичные примеры в российской науке известны: например, Лауреатами Нобелевской премии 2009 года по физиологии и медицине стали Кэрол Грейдер, Элизабет Блэкберн и Джек Шостак (США) «за открытие механизмов защиты хромосом теломерами и фермента теломеразы», хотя эта теория была предложена в 1971 году (!) советским ученым А.М. Оловниковым; в итоге ведущий научный сотрудник Института биохимической физики РАН, к.б.н., биолог-теоретик Алексей Матвеевич Оловников стал лауреатом Демидовской премии за тот же(!) 2009 год «за цикл молекулярно-биологических работ, в которых впервые в мире было предсказано укорочение хромосом при старении»!