• Власники найпотужніших суперкомп ’ ютерів Росії розповіли CNews, які завдання вирішують їх обчислювальні системи. Розробники авіаційних двигунів радіють, що їм рідко доводиться використовувати для випробувань мертвих птахів, натурні експерименти скоротили і розробники бронежилетів, а дослідники ВІЛ змогли простежити еволюцію вірусу під дією ліків.
    В останні роки Росія виділяє величезні гроші на створення суперкомп'ютерів. У обивателів, а деколи і у фахівців виникає закономірне питання - для чого використовуються ці потужні обчислювальні системи? CNews поспілкувався з власниками деяких суперкомп'ютерів і з'ясував, які завдання на них вирішуються сьогодні.
    Московський державний університет ім. М.В. Ломоносова (МДУ)
    У МДУ встановлено чотири суперкомп'ютера. Найпотужніший з них - «Ломоносов» - має пікову продуктивність 510 Тфлопс, решта - 60, 27,85 і 26,76 Тфлопс. У рейтингу Топ-50 ці системи розташовуються на 1 м, 5 м, 15-м і 26-м місцях відповідно (системи рейтингуються за показником реальної продуктивності).
    Як розповів CNews заступник директора Науково-дослідницького обчислювального центру МДУ ім. М.В. Ломоносова Володимир Воєводін, суперкомп ’ ютерні ресурси МДУ використовуються насамперед, для підтримки виконання фундаментальних наукових досліджень.
    «Це більше 500 наукових груп, з яких близько 340 - це наукові групи МДУ, а решту представляють інститути Російської академії наук і внз Росії. При цьому наукові групи з МГУ представляють 24 різних підрозділи університету - факультет або інститут, що говорить про виключно широкий спектр досліджень, проведених з використанням суперкомп'ютерів», - додав Воєводін.
    Особливо в МГУ виділяють «масштабні роботи по дослідженню природи турбулентності, глобальної зміни клімату і динаміки світового океану, постгеномные медичні дослідження, проектування та оптимізація складних інженерних конструкцій, вивчення властивостей флуоресцентних білків, аналіз властивостей вуглецевих наноструктур, розвиток методів криптографії, комплексні дослідження полімерів, тонкі методи аналізу даних сейсморозвідки, механізми утворення галактик і багато інших».
    як приклади конкретних завдань, для вирішення яких використовувався найпотужніший суперкомп'ютер університету «Ломоносов», в МГУ призводять обробку сейсмічних даних, в результаті якої наукові групи університету виділили раніше невідомі родовища природних ресурсів на Сахаліні і в Казахстані.
    На суперкомп ’ ютерах «Ломоносов» і «Чебышев» в МГУ також проводяться дослідження уразливості деяких криптографічних алгоритмів по відношенню до різного виду атак. Зокрема, ведуться роботи по дослідженню так званих хеш функцій і розкладання великих чисел на множники.
    Однією з найбільш відомих завдань, яка вирішувалася за допомогою «Ломоносова», можна назвати запуск на ньому моделі розвитку соціально – економічної системи Росії на 50 років вперед.
    Фахівці ІПМ ім. М.В. Келдиша РАН проводили на «Ломоносову» моделювання задач аэроакустики, для яких задіяли до 12 800 ядер обчислювальної системи. Такі розрахунки ведуться в рамках досліджень, спрямованих на вивчення механізмів генерації шуму літаками і пошук можливостей знизити його рівень.
    «Ломоносову» також проводилося моделювання теплообміну в мобільному телефоні - розподіл температури по його поверхні.
    Південно-уральський державний університет (ЮУрГУ)
    Пікова продуктивність двох суперкомп'ютерів, встановлених у Держуніверситеті, становить 117,6 і 12,3 Тфлопс. Вони займають 3-е і 25-е місця в Топ-50.
    Декан факультету обчислювальної математики та інформатики ЮУрГУ, професор Леонід Соколинський розповів CNews, що розподіл завдань з пріоритетних напрямків науки на їх суперкомп'ютерних ресурсах виглядає наступним чином: 52,2% завдань припадає на ІТ, 33,7% - на енергоефективність та енергозбереження, 9,4% - на космічні технології, 3,5% - на медичні технології і 1,2% - на ядерні технології. Якщо ж брати розподіл завдань по галузях, то природно-наукові завдання становлять 65% від загального потоку, інженерні - 33%, соціально-економічні - 2%.
    Університет використовує суперкомп'ютери і для власних потреб, так і для розрахунків за проектами сторонніх замовників. За замовленням держкорпорації «Оборонпром», приміром, на університетському суперкомп'ютері відпрацьовувалися нові конструкції бронежилетів, що дозволило значно скоротити число натурних експериментів.
    Ще одне завдання, яке «Оборонпром» вирішував на суперкомп'ютері ЮУрГУ, полягала в моделюванні механіки ушкоджень, які виникають в тілі людини при локальних ударах. Раніше для подібних експериментів використовувався або технічний пластилін, за допомогою якого досить складно оцінити ступінь ваність реального людського тіла, або моделі грудної клітини, які коштують досить дорого.
    Використання суперкомп'ютера дало можливість «Оборонпрому» значно скоротити витрати на доопрацювання конструкцій, кажуть у Держуніверситеті. Один кілограм балістичної тканини з синтетичного высокомодульного матеріалу, що використовується в бронежилетах, коштує близько $200, а один постріл з будь-якої зброї в Російському центрі випробувань засобів індивідуального захисту при «НДІ Стали» з виміром швидкості і реєстрацією на технічному пластилин - 500 руб.
    На замовлення однієї з трикотажних фабрик на суперкомп'ютері в ЮУрГУ також проводилося моделювання деформаційних змін трикотажних полотен на фігуру людини. Метою цієї роботи було отримання характеристик для створення нових трикотажних тканин, які відповідають за якістю світовому рівню. Обчислювальні потужності університету використовувала та інвестиційна компанія для розрахунків з оптимізації портфеля цінних паперів.
    Міжвідомчий суперкомп ’ ютерний центр РАН (МСЦ РАН)
    В МСЦ РАН встановлено суперкомп'ютер продуктивністю близько 124 Тфлопс, він займає 4-е місце в Топ-50.
    Потужності суперкомп'ютера МСЦ РАН на безоплатній основі надаються різними академічним організаціям у порядку загальної черги, розповів CNews головний програміст центру Олег Аладышев. За його даними, число користувачів їх системи перевищує 1000 осіб.
    торік, говорить Аладышев, основні напрями досліджень, для яких використовувалася обчислювальна система МСЦ РАН, велися в області математики, механіки, фізики, інформатики та обчислювальної техніки, астрономії, хімії, науки про Землю, біології, біофізики та інформатики, зачіпалися всі пріоритетні напрями модернізації Росії.
    Як випливає з звітів користувачів суперкомп'ютера, в області медицини, наприклад, з його допомогою проводилося моделювання мікроеволюції вірусів іммунодіфіціта людини. Була створена технологічна платформа для дослідження питання про резистентності ВІЛ до противірусних препаратів. Також проводилося моделювання біологічних мембран, що містять холестерин і інші включення.
    В області фізики, наприклад, суперкомп'ютер МСЦ РАН використовувався для дослідження механізмів переходу повільного горіння в детонацію при горінні попередньо перемішаних газових сумішей в трубах, дослідження процесів виникнення і придушення ефекту стуку в двигунах внутрішнього згорання. Отримані результати, говориться у звіті, дали новий матеріал для дослідження нелінійних процесів горіння і розробки нових підходів до підвищення ефективності двигунів, а також для розробки сучасних детонаційні двигунів.
    По напрямку екології і раціонального природокористування на суперкомп'ютері виконувався розрахунок поширення великомасштабних поверхневих хвиль в морях і океанах, проводилося моделювання клімату та його змін. Система також використовувалася для моделювання глобальної сейсмічності, розробки методів інтерпретації даних електромагнітного моніторингу земної кори в сейсмічно небезпечних регіонах, а також - для моделювання перенесення випромінювання в природних середовищах і вирішення проблем глобальних екологічних катастроф.
    Фахівці ІВМ РАН та Інституту океанології ім. П.П. Ширшова розробили і запустили на суперкомп'ютері МСЦ РАН математичну модель динаміки океану, яку застосували для дослідження внутрішньорічної мінливості циркуляції вод і рівня Каспійського моря. Із застосуванням моделі стало можливим довести існування підповерхневих струменевих течій уздовж східного берега Середнього Каспію і правильно інтерпретувати дані спостережень. Зараз перед фахівцями стоїть завдання створити модель Світового океану з роздільною здатністю, кращим, ніж було використано в моделі Каспійського моря.
    Інститут прикладної математики ім. М.В. Келдиша РАН (ІПМ РАН)
    Пікова продуктивність суперкомп'ютера ІПМ РАН - 107,9 Тфлопс, він розташовується на 7-м місці рейтингу Топ-50.
    Серед інших на суперкомп'ютері вирішуються завдання, пов'язані з атомною енергетикою - інститут вже багато років співпрацює зі структурами «Росатому». Як розповів CNews директор інституту Борис Четверушкин, значну частину завдань, якими завантажений їх суперкомп'ютер, складають розрахунки, пов'язані з перенесенням випромінювання, моделюванням атомних реакторів.
    Крім того, за словами Четверушкина, суперкомп'ютер неабиякою мірою використовується для завдань авіабудування (аеродинаміка, симуляція аеродинамічних труб), а також для моделювання нафтовидобутку, фільтрації домішок у вуглеводнях.
    Науково-виробниче об'єднання «Сатурн» (НУО «Сатурн»)
    Пікова продуктивність суперкомп'ютера НВО «Сатурн» - 14,3 Тфлопс, він займає 28-е місце в Топ-50.
    Як розповів CNews директор ІТ НВО «Сатурн» Юрій Зеленков, їх суперкомп'ютер, в основному, використовується для розрахунків, пов'язаних з газотурбінними двигунами. В якості прикладів розрахункових завдань він навів обрив лопатки вентилятора, розрахунок процесів горіння в камері згоряння двигуна, аеродинамічні розрахунки турбомашин - компресора, турбіни, а також попадання в двигун птиці.
    Зеленкова, завдяки суперкомпьютеру загальний термін проектування виробів на підприємстві скоротився в середньому в 2-3 рази і дозволив відмовитися від дослідної доведення конструкції за рахунок її оптимізації у віртуальному середовищі.
    «Зовсім відмовитися від випробувань не можна, оскільки це обов'язкова частина процесу сертифікації в авіації, але все сертифікаційні випробування, в тому числі - на обрив лопатки і на закид птиці, тепер ми проходимо з першого разу», - заявив Зеленков.
    Для розрахунку попадання птаха в двигун її тіло моделюється у вигляді еліптичної фігури із заданими властивостями, але на сертифікаційних випробуваннях у двигун закидається справжній труп чайки. Мертвих птахів інженери отримують на спеціальних фермах, де вирощують птахів, пояснює Зеленков.
    Так виглядають натурні випробування на потрапляння в авіадвигунів стороннього об'єкта

    Нижегородський державний університет ім. М.І. Лобачевського (ННГУ)
    Пікова продуктивність суперкомп'ютера ННГУ - 3 Тфлопс, він займає 31-е місце в Топ-50. У 2011 р. в ННГУ з'явився новий суперкомп'ютер потужністю 175,7 Тфлопс, але про його завдання поки мало відомо.
    За допомогою системи потужністю 3 Тфлопс вуз, приміром, проводив моделювання серцевої активності людини з метою вивчення механізмів розвитку різного виду аритмій, оптимізацію профілю залізничного колеса з метою зменшити знос коліс і залізничного полотна.
    Держкорпорація «Росатом»
    Система, встановлена в «Росатомі», є найзагадковішою в Росії. Її пікова продуктивність, як запевняють співробітники корпорації, становить 1 Пфлопс, однак у рейтингу Топ-50 вона не числиться. Про завдання, що вирішуються на петафлопснике, також практично нічого не відомо.
    Крім систем високої продуктивності підконтрольний «Росатому» Федеральний ядерний центр в Сарові (РФЯЦ-ВНИИЭФ) також виробляє персональні суперкомп'ютери. У 2010 р. ВНИИЭФ передав 15 таких систем одинадцяти російським промисловим підприємствам.
    Разом з апаратним забезпеченням ВНИИЭФ передав підприємствам і прикладні програмні пакети власної розробки для валідації. У ядерному центрі розраховують, що з часом їх ПО дозволить замінити аналогічний софт для чисельного моделювання від зарубіжних виробників.
    як приклад використання своїх «персоналок» «Росатомі» призвели спільні роботи з ОКБ «Сухого» по створенню детальних комп'ютерних моделей великої розмірності для розрахунку аварійної посадки з невыпущенным шасі нового среднемагистрального пасажирського літака Superjet-100. Крім того, «Сухий» використовує міні-суперкомп'ютери для моделювання обриву лопатки вентилятора нового газотурбінного двигуна Д30КП «Бурлак» і аеродинамічних розрахунків маневреного літака Су-30МКИ в заданих умовах крейсерського польоту.
    «Камазі» з допомогою систем «Росатому» ведеться моделювання динамічної деформування конструкції автомобіля супроводу КАМАЗ-43269 при підривних навантаженнях.
    «Атоменергопроект Санкт-Петербург» проводить розрахункові дослідження характеристик міцності корпусу локалізації розплаву при термонагружении. Його результати використовуються для обґрунтування безпеки АЕС в умовах гіпотетичної важкої аварії, що супроводжується виходом розплаву за межі корпусу атомного реактора.