Рассказывая о том, что такое суперкомпьютер, генеральный директор компании «Т-Платформы» Всеволод Опанасенко начинает сердиться. Ему уже много раз приходилось объяснять это, но вопросов меньше не становится. «Суперкомпьютер — это вычислительная машина, предназначенная для обработки больших объемов разнородных или однородных данных. Нужна для различных сложных задач — от предсказания прогноза погоды до моделирования ядерных взрывов или нефтескважин», — чеканит он. Компания г-на Опанасенко создавала суперкомпьютер «Ломоносов» в МГУ, который торжественно презентовали Дмитрию Медведеву в 2009 году.

Сейчас в России есть несколько десятков суперкомпьютеров — пара топовых моделей и много так называемых «персональных суперов», которые стоят на производствах или в региональных университетах. «Ломоносов» — самый «знаменитый» и производительный. Само решение создания «Ломоносова» лоббировало правительство, а для его своевременного строительства Госдума меняла бюджет в середине года, увеличив дотации МГУ на 1,9 млрд руб. По прошествии года стало понятно, что машину следует модернизировать, а производительность повышать с 450 Тфлопс до 1000 Тфлопс (или 1 Пфлопс). На это поступило соответствующее поручение президента. В затраты на модернизацию также была заложена сумма на обучение кадров (примерно 400 млн руб.). Ректор МГУ Виктор Садовничий обосновывал эту сумму как необходимую для того, чтобы техникой могли пользоваться и она не стояла в углу.

«Сколько это стоит?» — второй по популярности вопрос, на который приходится отвечать экспертам. В США для создания целого направления разработки таких машин государство тратит около 8 млрд долл. в год, говорит член-корреспондент РАН и руководитель программы СКИФ-ГРИД Сергей Абрамов. В России этот показатель гораздо ниже. «Насколько мне известно, суммарно начиная с 2000 года на программу развития суперкомпьютеров государство потратило около 5 млрд руб.», — добавляет он.

Президент нефтегазовой ассоциации НО «Союзнефтегазсервис» Игорь Мельников полагает, что нынешних средств, которые выделяются на суперкомпьютерную отрасль, недостаточно, кроме того, сама система распределения бюджетных средств непрозрачна. «Сложно понять, исходя из каких параметров государство распределяет бюджетные ассигнования и по какой причине одни отрасли насыщаются деньгами, а другие нет», — размышляет эксперт.

«В Штатах уже давно решили, для чего им супервычисления. На государ­ственном уровне сомнений в том, что они нужны, не возникает ни у одной ветви власти, ни у финансово-экономического блока в правительстве», — уточняет Сергей Абрамов. (См. таблицу 1 госзатрат РФ и США.)

От ракеты до лифчика

Изначально супермашины использовались для военно-промышленного комплекса и трудились над предсказанием последствий ядерных, термоядерных и водородных взрывов. Перевести тестирование нейтронных и ядерных бомб из физического пространства в виртуальное ведущих сверхдержав заставил подписанный в 1996 году Договор о всеобъемлющем запрещении ядерных испытаний. В России подобные задачи обсчитываются на саровском суперкомпьютере, который строился на деньги «Росатома», а часть средств была привлечена из военного бюджета страны. Мощность данной машины засекречена, предположительно она составляет примерно 10 Пфлопс. «Гражданский» «Ломоносов» имеет мощность 1,2 Пфлопс.

Также суперкомпьютеры используются для расчетов места и способа бурения при нефтедобыче на материке и на шельфе, добавляет г-н Опанасенко. По данным специализирующейся на этом компании «Ларгео», обсчет 1 кв. км морского дна стоит 1 тыс. долл. Суммарно в год нефтегазовые компании заказывают обсчет 600—700 тыс. кв. км (читай: тратят 600—700 млн долл.). Грамотные расчеты на суперкомпьютере могут повысить неф­теотдачу до 50—80% на каждом месторождении. Сейчас в России этот показатель составляет 20—25% в зависимости от месторождения. Кроме этого мощные вычислительные машины используются в тяжелой промышленности, судостроении, аэрокосмической промышленности и даже текстильной отрасли.

«Вы не поверите, но на суперкомпьютерах считают самые разные вещи, вплоть до физических свойств ткани и особенностей пошива лифчиков», — рассказывает г-н Абрамов. По его словам, для достижения конкурентного превосходства нового образца этого атрибута женского гардероба нужно провести динамическое моделирование с учетом гигантского количества факторов. Например, чтобы понять, как поведет себя объект во время бега.

«Можно себе представить самолето­строение без суперкомпьютеров и кораблестроение. В таком случае все процессы будут отрабатывать по старинке, только если раньше на изготовление одного двигателя для истребителя требовалось 20—25 образцов и пять лет, то с применением новых вычислительных технологий эти показатели уменьшились до двух лет и пяти образцов. Из этого следует, что двигатель стоит дешевле и билеты на самолет стоят дешевле», — рассказывает Всеволод Опанасенко.

Государство заплатит

На данный момент основным источником финансирования проекта по развитию супервычислений выступает государство. Частный бизнес начал задумываться о приобретении суперкомпьютеров только в прошлом году (см. схему 1 по финансированию российских суперкомпьютеров). «Примерно 70% выручки наша компания получает от госзаказов. Крупнейший проект на данный момент — «Ломоносов», — говорит г-н Опанасенко. Остальные 30% выручки «Т-Платформам» приносят заказы портативных супермашин, которые устанавливаются на заводе и рассчитывают нагрузку на трубы или требуемую плотность материала в легкой промышленности.

Всего за время существования программы начиная с 2000 года союзный бюджет (России и Белоруссии), а также федеральная целевая программа в России потратили на эту отрасль примерно 7 млрд руб. В ноябре прошлого года премьер Англии посетил один из британских суперкомпьютерных центров в Dersberry и утвердил план его финансирования на пять лет в 145 млн фунтов (200 млн долл.). «А это только один суперкомпьютерный центр в Британии», — сетует г-н Опанасенко.

На данный момент уже понятно, что в ближайшие три года на развитие отрасли высокопроизводительных вычислений будет потрачено 7,3 млрд руб. Об этом говорится в так называемой 25-й карте (имеется в распоряжении РБК daily), которую согласовал и защитил на комиссии по модернизации и технологическому развитию при президенте «Росатом».

Так, на развитие суперкомпьютерной отрасли в России предполагается потратить из госбюджета до 2014 года 5,3 млрд руб., еще 2 млрд руб. — из средств частных компаний. Программа подразумевает создание технологии «виртуальный автомобиль», по которой будут проводиться краш-тесты новой отечественной продукции, отмечается в документе. В карте проекта отмечены основные затраты и ключевые направления финансирования для развития суперкомпьютеров в России (см. таблицу 2, карта 25). Из заявленных средств 1,975 млрд руб. потратят в этом году. Деньги пойдут на создание ПО для высокопроизводительных вычислений, в том числе в атомной, авиационной, автомобильной и ракетно-космической отраслях.

«Основные игроки — СКИФ, «Т-Платформы», HP и IBM — взрощены на поставках за государственные деньги и примерно в три раза завышают цены на суперкомпьютеры по сравнению с ценой деталей», — говорит Кирилл Богачев, директор производителя прикладного ПО для суперкомпьютеров Rock Flow Dynamic, долю в котором весной 2010 года купила компания Intel.

«Альтернативой покупке техники могла бы стать аренда машинного времени, но и этого в России практически нет. Страна не зарабатывает на предоставлении суперкомпьютерных мощностей в пользование коммерческим компаниям», — отмечает представитель украинской компании по разработке ПО для суперкомпьютеров, пожелавший остаться неизвестным. В России нет программы коммерческой реализации мощностей, это не прописано на законодательном уровне. В таких условиях три года эксплуатации системы делают ее экономически неэффективной (плата за свет, электричество и воду). За те же три года можно будет построить более производительную систему с меньшим потреблением.

Аренду не приемлют, например, неф­тяные компании, потому что опасаются утечки данных. С другой стороны, они не решаются строить собственные системы, поскольку не считают, что их установка поможет получить четко просчитываемую прибыль, чтобы окупить вложения. «Это печально для отрасли в целом, поэтому мы сейчас работаем над криптографическим шифрованием данных, которое позволит не опасаться и отдавать расчеты на аутсорсинг», — считает украинский разработчик ПО.

В видении будущего отрасли эксперты в основном сходятся. В России будут развиваться программная и аппаратная часть, процент промышленных задач, которые будут считаться на отечественных суперкомпьютерах, будет расти и в конце концов должен превысить общий объем научных расчетов. Но при неблагоприятном стечении обстоятельств российские компании, в частности, нефтегазового сектора могут продолжить моделировать отечественные месторождения на зарубежных мощностях.

В управлении информации «Газпрома» отмечают, что в настоящее время компания не использует суперкомпьютеры, а услуги по созданию 3D- и 4D-моделей месторождений они приобретают на открытых конкурсах. В компании Schlumberger отмечают, что для обработки сейсмических данных, геологического, геомеханического и гидродинамического моделирования месторождений используют специализированное ПО от компаний Omega, Eclipse, Geoframe, Petrel. «Разработка программного обеспечения выполняется силами наших специалистов в тесном сотрудничестве со специалистами ТЭК, являющимися нашими заказчиками», — отмечают в компании Schlumberger.

«25-я карта проекта «Росатома» — часть большого плана по созданию суперкомпьютеров, который разрабатывался в МРГ (МРГ— межведомственная группа по развитию суперкомпьютерной отрасли под руководством Кириенко)», — говорит Сергей Абрамов. Этот план охватывал все аспекты развития отрасли для реализации экзафлопсного проекта (1 тыс. Пфлопс, или 1 млн Тфлопс). Глава рабочей группы РАН академик Владимир Бетелин прорабатывал проект создания такой машины до 2020 года. Он отмечает, что она будет просчитывать задачи, связанные с авиацией, космической отраслью и нефтегазовым комплексом. «Если мы хотим оставаться конкурентными в области расчетов на суперкомпьютерах, надо мыслить на шаг и два вперед. Именно поэтому нам нужен экзафлопсный проект», — говорит г-н Бетелин. Согласно неофициальной информации, общие инвестиции в проект должны были составить 65 млрд руб., 30 млрд из которых предполагалось потратить на разработку программного и аппаратного обеспечения, а еще 35 млрд — на создание собст­венной элементной базы.

«Если в стране нет своих инструментов работы с информацией, она обращается за помощью к другим государствам. И не факт, что эта помощь не подорвет безопасность державы», — говорит представитель украинского разработчика ПО для суперкомпьютеров. По его словам, африканские месторождения в Нигерии и Камеруне обсчитываются в США, и вся информация об их недрах находится в Штатах, и само государство ею больше не распоряжается. «У нас на Украине нет программы развития суперкомпьютеров. У вас, в России, чуть легче: государство уже поняло, зачем развивать данную отрасль, правда, еще не до конца осознало, как это будет происходить», — отмечает он. Рынок сейчас только формируется, скорее всего, рынок высокопроизводительных вычислений будет скрещиваться с дата-центрами, где компании-владельцы будут не только предлагать услуги по хранению данных, но и производить расчеты. В такой парадигме это будет, может быть, востребовано.

Производительность супермашин измеряется в флопсах. У обычного процессора от Intel или AMD она ограничивается 3 Ггц, что с определенной долей погрешности можно перевести в 60 Гфлопс (1 гигафлопс равен 109 флопсам). Производительность суперкомпьютера начинается от нескольких Тфлопс (1 терафлопс равен 1012 флопсам) и пока ограничивается вычислительной способностью самой мощной в мире супермашины — японской RIKEN Advanced Institute for Computational Science — 10 510 000 Тфлопс. Хотя многие страны, в том числе и Россия, уже ведут разработки в области создания экзафлопсной (1 экзафлопс равен 1018 флопсам) машины.

GAP-анализ развития ситуации в суперкомпьютерной отрасли до 2020 года

Негативный прогноз для отрасли

Через пять лет из-за бюрократических препон технологическая платформа суперкомпьютерных вычислений не заработала. Основные нефтедобывающие компании по-прежнему продолжают своими силами осуществлять 3D- и 4D-моделирование месторождений. Из-за высоких экономических рисков суперкомпьютерные и грид-технологии не внедряются в тяжелой и легкой промышленности. Государство финансирует это направление из расчета 700 млн — 1 млрд руб. в год. Основные затраты государства идут на ВПК, в частности на расчеты ядерных испытаний.

Позитивный прогноз

В ближайшие пять лет полностью принята экза­флопсная карта проекта вместе с созданием отечественной элементной базы: процессоров, плат памяти, узлов передачи и хранения данных. В общей сложности для создания подобного суперкомпьютера государство потратило 65 млрд руб. Эта машина вошла в топ-3 самых мощных суперкомпьютеров мира, и Россия получила несколько крупных заказов на расчет и моделирование месторождений от африканских стран. Видя успех российского оборудования, отечественные нефтегазовые компании начали заказывать расчеты у российских сервисных компаний. Суперкомпьютеры начали внедряться на производствах, что привело к снижению себестоимости двигателей, тканей, электроэнергии и продовольствия на 10—20%.

Реалистичный прогноз

Частичная победа лоббистских сил со стороны правительства и представителей науки над отечественной бюрократией позволяет не только принять в среднесрочной перспективе 25-ю карту «Росатома», но и частично согласиться на затраты по созданию экзафлопсного суперкомпьютера (30 млрд руб.). Однако из-за падения цен на нефть и сокращения доходов бюджета программа лишается главы о создании российской элементной базы (35 млрд руб.), а также некоторых пунктов, направленных на подготовку специалистов, способных работать на супермашинах. Вместо положенных 30 млрд руб. отрасль получает 23 млрд, остальное добивает за счет софинансирования со стороны коммерческого сектора.

Источник: РАН

Примечание

Запрос РБК daily проигнорировала пресс-служба компании ЛУКОЙЛ, доктор физико-математических наук, член-корреспондент РАН и заместитель директора НИВЦ (Научно-исследовательский вычислительный центр МГУ) Владимир Воеводин демонстративно отказался общаться с корреспондентом РБК daily.