«Наука в Сибири»
№ 48 (2883)
6 декабря 2012 г.
СПЕЦИАЛИСТЫ
ДЛЯ ВЫСОКИХ ТЕХНОЛОГИЙ
Премия Правительства РФ в области образования 2012 года присуждена коллективу авторов за научно-практическую разработку «Научное, учебное и учебно-методическое обеспечение подготовки высококвалифицированных специалистов в области распределенных вычислительных технологий».
В составе авторского коллектива: В. Г. Хорошевский, д.т.н., профессор, член-корреспондент РАН, Заслуженный деятель науки РФ, директор Центра параллельных вычислительных технологий Сибирского государственного университета телекоммуникаций и информатики (СибГУТИ), М. Г. Курносов и С. Н. Мамойленко, кандидаты технических наук, доценты СибГУТИ, А. Л. Асеев, академик, директор Института физики полупроводников
им. А. В. Ржанова СО РАН, И. Г. Неизвестный,
30 ноября в Президиуме СО РАН прошла пресс-конференция, посвящённая этому событию, в ней приняли участие трое лауреатов: Игорь Георгиевич Неизвестный, Михаил Георгиевич Курносов и Сергей Николаевич Мамойленко.
Суперкомпьютер
и параллельные вычисления
 |
Игорь Георгиевич Неизвестный попытался по возможности популярно объяснить журналистам, что из себя представляют параллельные или распределенные вычисления:
— Для того чтобы сделать множество вычислений, нужно много раз «перевернуть» ноль-единицу, складывать их, вычитать, умножать, и если задача сложная, то это нужно делать очень долго. А чтобы процесс прошёл быстрее, либо создается огромный суперкомпьютер на много миллиардов операций в секунду, либо задачу распараллеливают, разбивают на отдельные куски, которые можно запустить на отдельных компьютерах, решить, а потом соединить. Это, на взгляд математика или вычислителя, очень грубое, даже вульгарное объяснение.
Идея параллельных вычислений возникла много лет назад, и одним из инициаторов такого подхода к вычислениям был Виктор Гаврилович Хорошевский, удивительно талантливый учёный. К сожалению, он недавно ушёл из жизни, но его идея была реализована и в конце концов оценена по достоинству Правительством Российской Федерации.
Сегодня вычисления — это не просто некие математические операции. Одна из серьезнейших целей вычисления — это математическое моделирование. Прежде чем создать «Суперджет» или атомную подводную лодку, их нужно смоделировать «от носа до кормы», посмотреть как тот или иной материал будет вести себя при различных температурах и давлениях и т.д. Если все это перебирать экспериментально, менять материалы, конструкции, то, во-первых, это очень долго, во-вторых, очень дорого. Поэтому сейчас любая конструкция, начиная от космического корабля и кончая более простыми вещами, моделируется. И это моделирование по силам только суперкомпьютерам, либо задачу нужно распараллелить. Но всё это надо делать быстро, а скорость вычислений зависит уже от элементной базы компьютера.
Все компьютеры состоят из полупроводниковых приборов — транзисторов и элементов памяти, действие которых требует переноса электронов, обладающих определённой скоростью. Каждая операция — это переход электронов с одного электрода на другой. Скорость есть, расстояние есть, и если поделим одно на другое, получится время. Начинаем сближать электроды, значит, на каждую операцию уходит всё меньше времени. Вычисления становятся гораздо более быстрыми. До начала
Помимо создания новых приборов, работа по развитию элементной базы вычислительной техники включает также исследование процессов, определяющих быстродействие их переключения, запоминания, считывания и длительного хранения информации, результаты которой нашли отражение в монографиях и учебных пособиях и используются при подготовке специалистов.
На протяжении десятка лет совместно с кафедрой физики полупроводников НГУ и кафедрой полупроводниковых приборов и микроэлектроники НГТУ мы разработали около 20 авторских курсов, отражающих состояние и актуальное развитие информационных технологий и средств вычислительной техники. Среди них: архитектура вычислительных систем; теория функционирования распределенных вычислительных систем; распределённые операционные системы; теория автоматического управления; диагностика и исследования материалов и нанотехнологий; микропроцессорные системы и технологии и др. Наш коллектив создал несколько монографий по физике и технологии, сделав их в виде учебных пособий, максимально доступных для понимания студентов. Первая книга вышла в 2000 году, она была первой в России по данному направлению и разошлась мгновенно. Тираж пришлось повторять. Мало того, оказалось, что она востребована была и в других университетах, поэтому была переиздана в Москве.
Наши учебные пособия используются в учебных процессах практически во всех учебных заведениях не только нашей страны, но и ближнего зарубежья. Я получал письма с благодарностью за применение их в учебном процессе из Нижегородского университета, ЛЭТИ, МГУ, Киевского, Харьковского, Одесского, Минского университетов — отовсюду, где по нашим книгам обучаются студенты по направлениям создания элементной базы вычислительной техники и вычислительных технологий, обеспечивающих в том числе и параллельные вычисления, Я считаю, что это признание не только наших российских вузов, но и вузов, которые существуют на территории СНГ. Мне кажется, что эта оценка совпадает с оценкой правительства.
Надо сказать, что и другая сторона нашей деятельности — собственно параллельные вычисления — также прекрасно была отражена в книгах В. Г. Хорошевского «Архитектура вычислительных систем», которые переиздавались и переводились. Они востребованы и их издание является одним из краеугольных камней нашей научно-образовательной деятельности.
Немаловажное значение имеет то, что лабораторные и практические занятия студентов проводятся с использованием современной материально-технической базы распределенного научно-образовательного комплекса. Например, старшекурсники, которые проходят практику в нашем Институте физики полупроводников, выполняют лабораторные работы непосредственно на действующих установках. Они видят, как происходят все процессы изготовления приборов, работают на современных установках. Мы всегда чуть-чуть опережаем промышленность — у нас прекрасно оборудованы стенды, зал для занятий, компьютерные классы. Студенты здесь действительно имеют возможность получить высокую квалификацию.
Кроме того, научно-образовательный комплекс ИФП СО РАН и НГТУ уже тринадцать лет проводит на Алтае международные молодёжные школы-конференции, в которых участвуют практически все те институты, с которыми мы сотрудничаем. Кроме лекций, которые читает профессура, с докладами чаще всего на английском языке выступают студенты, магистры, инженеры. Они приобретают опыт выступления, который им совершенно необходим в будущей профессиональной деятельности. Так что, я думаю, нам дали премию за заслуги в области образования совершенно справедливо и заслуженно.
Интеграция науки и образования
 |
О распределённых вычислительных технологиях, направлении, которое принадлежит научной школе В. Г. Хорошевского, более подробно рассказал Михаил Георгиевич Курносов.
Виктор Гаврилович Хорошевский организовал в СибГУТИ кафедру вычислительных систем, позже был создан и Центр параллельных вычислительных технологий. Основная задача, которая преследовалась при создании кафедры — это подготовка специалистов в области распределенных вычислительных технологий. Проблема подготовки специалистов всегда была актуальной, потому что распределённые вычислительные системы используются как инструментарий для высокопроизводительной обработки информации и моделирования различных объектов. А моделирование, как правило, подразумевает проведение большого количества вычислительных операций, что требует большого объёма памяти и огромного количества элементарных вычислителей.
Коллективом учёных и преподавателей, в том числе и непосредственно на кафедре, ведутся научные исследования в области разработки средств вычислительной техники, рассматривается архитектура распределенных вычислительных систем, системное программное обеспечение и готовятся кадры в этой области. Например, членами коллектива созданы распределенные структурно-перестраиваемые корреляционно-экстремальные системы анализа многомерной информации. Они способны зафиксировать координаты судна, летательного аппарата или другого судна. Они также предназначены для обработки видеоинформации промышленного манипуляционного робота: для распознания патологий органов человека, для управления процессами капельного введения лекарств, для анализа информации с охраняемых объектов, для сертификации материалов и нанотехнологий.
Следует отметить, что особенностью подготовки специалистов в научно-образовательном комплексе является интеграция научной деятельности и образовательного процесса. Это делается путем вовлечения студентов в выполнение проектов по грантам РФФИ, Минобрнауки, международным проектам. Учёные и преподаватели издают монографии, учебные пособия.
Кроме того, на кафедре и в Центре создаются уникальные разработки, и одной из них является пространственно-распределенная мультикластерная вычислительная система. Она представляет из себя десять территориально рассредоточенных вычислительных кластеров, которые используются для проведения исследований и для подготовки специалистов. Каждый отдельный сегмент — это вычислительный кластер, состоящий из множества серверов, которые используются для параллельной обработки информации. Действующая конфигурация включает множество небольших по современным меркам вычислительных систем, которые можно использовать в учебном процессе для подготовки специалистов и научных и научно-педагогических кадров высокой квалификации. Часть ресурсов этой территориально рассредоточенной вычислительной системы располагается непосредственно в СибГУТИ, а часть — в лаборатории вычислительных систем ИФП СО РАН.
В 2009 году вуз стал участником программы «Университетский кластер» по итогам конкурса, который проводили Минобрнауки, Институт системного программирования, ЗАО «Синтерра» и др. Сегодня вычислительный кластер СибГУТИ подключён магистральным каналом ЗАО «Синтерра» к сети программы «Университетский кластер», объединяющей ведущие вузы страны.
Диплом и международная сертификация
 |
Сергей Николаевич Мамойленко добавил, что для того, чтобы студенты получали практические навыки, знания и умения, которые бы они применяли при создании и эксплуатации вычислительных систем, в СибГУТИ и других вузах-участниках научно-образовательного комплекса создаются дополнительные специализированные учебные центры. Обычно это делается под эгидой крупной компании в области информационных технологий, в частности, в СибГУТИ уже давно поддерживаются контакты с компаниями «Майкрософт», «Софтлайн», с крупными российскими телекоммуникационными компаниями, технологии которых позволяют показать студентам современные, реально используемые на практике инновационные продукты. В результате студент имеет возможность получить не только высшее техническое образование, но также пройти международную сертификацию и получить дополнительный документ, подтверждающий его профессиональные навыки по применению, эксплуатации различных программных продуктов. Естественно, в этой образовательной линейке имеется и поствузовское образование — аспирантура, докторантура по востребованным специальностям. В частности, специальность, которую открыл В. Г. Хорошевский — «Вычислительные машины и системы» — реализуется в единственном городе за Уралом — в Новосибирске.
В научно-образовательном комплексе за последние 10 лет выполнено более 150 научно-исследовательских работ по грантам различных научных фондов — РФФИ, Минобрнауки, в том числе по подготовке научных и научно-образовательных кадров Российской Федерации. Деятельность распределенного НОК безусловно оказывает эффективное влияние на развитие инновационной системы образования Российской Федерации.
Необходимое условие
безопасности страны
Интересно, что каждая страна пытается сделать суперкомпьютер на собственной элементной базе — это стратегически важно. В прошлом году очень хороший суперкомпьютер, занимающий
Суперкомпьютер, как правило, используется для решения специфических задач, когда нужно сделать рывок в определённой области. По сути, суперкомпьютер — это распределённая вычислительная система, которая на текущем этапе развития вычислительной техники обладает рекордными показателями производительности, надёжности, технико-экономической эффективности. Лидерство в этой области престижно. Большинство суперкомпьютеров построены сейчас на базе процессоров компаний Intel и АМD. Китайцы создали свои процессоры, но у них микроархитектура всё равно заимствованная. Но зато элементная база своя, китайская. Сейчас и другие страны пытаются это делать. В России также есть разработки в этом направлении, но есть и сложности. По элементной базе мы во втором десятке.
Мнение И. Г. Неизвестного: использование иностранной элементной базы в вычислительных системах — это преступление. Потому что в поставке импортной элементной базы высокого класса всегда могут отказать. И кроме того, среди многих тысяч элементов может быть несколько, способных по сигналу производителя вывести из строя всю вычислительную систему. В этом смысле собственная элементная база — это необходимое условие безопасности страны. Сейчас у нас потихоньку приходят к этой мысли, но изменения в промышленности за 20 лет перестройки обезоружили нас во всей вычислительной технике. Сейчас можно по пальцам перечесть наши отечественные вычислительные машины, в основном они специального назначения.
Возможно, и поэтому работа по подготовке специалистов в этой области была отмечена премией Правительства РФ.
Возродить престиж
инженерной специальности
В связи с этим журналисты поинтересовались, кто является потребителем выпускников СибГУТИ?
— Связь — одна из стратегических отраслей, специалисты востребованы все, — пояснил С. М. Мамойленко. — Основные потребители — крупные телекоммуникационные компании. Одна из них, Ростелеком, является единственным в нашей стране исполнителем федеральных программ по созданию так называемых облачных сервисов. Это по сути тоже пространственно-распределённые системы, хотя и не вычислительные. Компания чувствует большой кадровый голод, специалистов (за 7 лет кафедры выпустила примерно 280 человек, а если взять все вузы, то наберется полтысячи человек) по распределённым системам не хватает. В этом году на базе СибГУТИ создана совместная с компанией Ростелеком кафедра, основной задачей которой является подготовка специалистов-программистов, в том числе для электронного правительства и облачной системы, создаваемой под эгидой Ростелекома.
— То же самое по элементной базе, — добавил И. Г. Неизвестный. — В Новосибирске собираются строить новый полупроводниковый завод. Кадры для него готовит НГТУ. Ситуация меняется, и это очень приятно. Промышленность возрождается, а значит, профессия инженера должна вновь стать престижной. Надо организовывать профориентационную работу в школах и формировать общественное мнение. Инженерная специальность в последнее время исчезает, а этого не должно быть.
Бакалавр, магистр не могут заменить инженера! Возродить былое величие этого высокого звания — дело государственной важности.
Подготовила В.Михайлова, «НВС»
Фото Ю. Плотникова
стр. 3, 5