Быстрее человека на 200 тысяч лет: суперкомпьютеры российских вузов дают новые возможности для научного сообщества

Производительность суперкомпьютеров превосходит мощность персональных аналогов в десятки тысяч раз. Они могут занимать сотни квадратных метров и весить десятки тонн. Рассказываем, какие специализированные вычислительные машины есть в российских вузах, и на что они способны.

Современные суперкомпьютеры строятся по кластерному принципу и представляют собой большое число мощных вычислительных узлов, соединенных высокоскоростной локальной сетью.

На суперкомпьютерах работают только специально разработанные параллельные программы, которые позволяют задействовать для решения фундаментальных задач вычислительные ресурсы всего вычислительного комплекса. Еще одно из популярных применений суперкомпьютеров — обучение с их помощью глубоких искусственных нейронных сетей. По сути без суперкомпьютеров попросту невозможно создавать искусственный интеллект.

«Ломоносов-2»

В Лаборатории Параллельных информационных технологий Научно-исследовательского вычислительного центра Московского государственного университета имени М. В. Ломоносова установлен суперкомпьютер «Ломоносов-2». Его пиковая производительность составляет 4.8 Петафлопса (4 квадриллиона операций с плавающей запятой в секунду).

На суперкомпьютерах МГУ работают 2,5 тысячи пользователей из 20 подразделений вуза, более 100 институтов Российской академии наук, более 100 университетов России, решая задачи, отвечающие всем направлениям Стратегии научно-технологического развития страны.

Основные направления исследований, проводимые в центре МГУ: безопасность и противодействие терроризму, живые системы, индустрия наносистем, информационно-телекоммуникационные системы, перспективные виды вооружения, военной и специальной техники, рациональное природопользование, транспортные, авиационные и космические системы, энергетика и энергосбережение.

В настоящее время «Ломоносов-2» занимает 6-ю строчку в рейтинге Top50 мощнейших суперкомпьютеров СНГ.

«cHARISMa»

Суперкомпьютер «cHARISMa» на базе отдела суперкомпьютерного моделирования НИУ «Высшая школа экономики» (НИУ ВШЭ) выполняет больше математических операций, чем их бы выполнил человек за 200 тысяч лет. Его пиковая производительность составляет два Петафлопса.

Ресурсы высокопроизводительного вычислительного кластера «cHARISMa» предназначены для поддержки проведения фундаментальных научных исследований и организации учебного процесса, а также для выполнения научных и научно-практических проектов.

Суперкомпьютер используется при выполнении исследований НИУ ВШЭ в таких областях, как искусственный интеллект, интеллектуальный анализ больших данных, математическое моделирование, нейрокогнитивные исследования, вычислительная физика, прикладная математика, моделирование структуры и свойств химических систем и материалов, структурная и прикладная лингвистика, физика элементарных частиц и высоких энергий.

«cHARISMa» обеспечивает многолетнее накопление и актуализацию информационной базы данных системы интеллектуального анализа больших данных iFORA. Система в ежедневном режиме применяется для широкого круга заказчиков, включая Аппарат Правительства Российской Федерации, крупный бизнес и научные центры.

В настоящее время суперкомпьютер НИУ ВШЭ занимает 10-ю позицию в рейтинге суперкомпьютеров.

MarGrid

На сегодняшний день суперкомпьютер MarGrid Марийского государственного университета (МарГУ) можно назвать центром научно-производственной экосистемы всей Республики Марий Эл — его мощность составляет 275 Терафлопс (275 триллионов операций в секунду).

Увеличение вычислительных мощностей суперкомпьютера во многом способствовало развитию науки в университете и позволило ученым выполнять ранее нерешенные задачи и развивать такие направления, как компьютерное моделирование, микроэлектроника, радиолокация, биоинформатика, искусственный интеллект и цифровая медицина.

На базе МарГУ существует Инжиниринговый центр в области производства бортовых радиолокационных комплексов дистанционного зондирования Земли, который занимается выполнением государственных оборонных заказов.

Благодаря использованию возможностей MarGrid и технологий нейронных сетей в научной школе молекулярной биоэнергетики и медицинской генетики МарГу ведутся разработки в области диагностики и лечения онкологических заболеваний, терапии сахарного диабета и миодистрофии Дюшенна.

В 2022 году на базе вуза открыта Научно-исследовательская лаборатория фармакологической резистентности, где работают над созданием лекарственных препаратов. Это один из ключевых проектов вуза в рамках участия в госпрограмме Минобрнауки России «Приоритет 2030» (нацпроект «Наука и университеты»), который окажет заметное влияние на рост качества медицинских услуг для населения региона.

Суперкомпьютер MarGrid Марийского государственного университета занимает 20-е место в топ-50.

«АФАЛИНА»

Самая мощная вычислительная машина Южного федерального округа была запущена в июле этого года в Севастопольском государственном университете (СевГУ). Современный информационный кластер обладает производительностью в 201 Терафлопс и входит в топ-20 суперкомпьютеров России.

Суперкомпьютер применяется для решения научных задач по нескольким направлениям: для расчета процессов в глобальной климатической системе, создания фрагмента национального геномного банка данных растений, молекулярного моделирования, а также цифровизации Севастополя.

Сейчас суперкомпьютер задействован в разработке цифрового двойника геосистемы Приморской территории. Работа над проектом будет проходить на четырех уровнях. Первый — это создание мониторинговой сети, которая должна включать разнообразные датчики состояния окружающей среды наземного, морского и воздушного базирования.

Далее на основе этих данных формируется так называемая цифровая тень, каждого из компонентов геоинформационной системы территории: атмосферы, моря, биоценоза почвы.

Следующий уровень — это набор моделей динамики активности компонентов и взаимодействия между ними в разных временных масштабах от часа до десятилетия. На четвертом уровне будут созданы системы поддержки принятия решений.

Также в настоящее время на базе центра коллективного пользования разрабатываются молекулярные механизмы взаимодействия биологически важных молекул. Ученые СевГУ изучают встречающиеся в Крыму виды животных, растений и бактерий, применяя методы биоинформатики.

Проанализировав данные генома, ученые могут составить генетический «портрет» изучаемого объекта — бактерии, виноградной лозы, моллюска и других. При этом они не только видят, какие гены есть у объекта исследования в общем, но и более конкретную информацию: какие элементы генома использовались чаще, какие — реже. В результате исследователи могут установить и то, какие факторы и как именно влияли на развитие выбранного существа или растения.

«Политехник – РСК Торнадо»

В Санкт-Петербургском политехническом университете (СПбПУ) Петра Великого действует один из самых мощных и наиболее инновационных в России суперкомпьютерных центров с пиковой производительностью более 1,1 Петафлопса. Этот проект реализован в рамках Федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014–2020 гг.» и Федеральной адресной инвестиционной программы.

Благодаря суперкомпьютерному центру решаются задачи численного моделирования в механике, материаловедении, фундаментальной физики, области искусственного интеллекта и машинного обучения, медицины, биологии, геофизики и многие другие.

Суперкомпьютерный центр Питерского политеха ориентирован на решение междисциплинарных естественно-научных задач и поддержку проектирования сложных технических систем для высокотехнологичных наукоемких секторов науки и промышленности.

Сейчас суперкомпьютерный центр «Политехнический» является вторым по мощности среди аналогичных центров в университетах страны, а среди всех СКЦ России занимает 9-е место.

Напомним, что в 2019 году по заданию Минобрнауки России была создана Национальная исследовательская компьютерная сеть (НИКС). По независимым экспертным оценкам, общее количество ее пользователей превышает три миллиона человек, что делает ее не только крупнейшей научно-образовательной сетью страны, но и мира. Опорные узлы НИКС расположены в крупных городах России и за рубежом. Они обеспечивают доступ к инфраструктуре сети более 200 организациям высшего образования и науки, подведомственным Минобрнауки России, во всех федеральных округах.