В Центре информационных технологий МГУ состоялся круглый стол, в центре внимания участников которого оказались вопросы развития и внедрения суперкомпьютерных технологий в нефтегазовой отрасли. Обсуждение было организовано по инициативе некоммерческой организации «Союзнефетегазсервис», деятельность которой направлена на объединение отечественных сервисных компаний нефтегазового сектора и представление их интересов в органах власти.

К решаемым «Союзнефетегазсервисом» задачам, относятся, в том числе, подготовка мероприятий по совершенствованию системы сбора, обработки, анализа, хранения и предоставления геологической информации на территории нашей страны, участие в создании сети корпоративных информационно-аналитических центров для геологоразведочных работ и в формировании отечественного рынка высокопроизводительных вычислений.

Всеобщая цифровизация делает эти вопросы особенно актуальными. Игорь Мельников, президент «Союзнефтегазсервиса», утверждает, что в процессе перехода к цифровой экономике решающую роль должно сыграть создание отечественной суперкомпьютерной инфраструктуры и что в числе приоритетных направлений цифровизации должен быть топливо-энергетический комплекс, который вносит существенный вклад в ресурсное обеспечение всех сфер деятельности государства.

Речь идет и о суперкомпьютерах, и о предназначенном для них программном обеспечении, решающем различные задачи предприятий ТЭК.

Академик Борис Четверушкин, научный руководитель Института прикладной математики РАН имени М.В. Келдыша, считает, что в данной области существует огромная потребность в приложениях, рассчитанных на субпетафлопсные и петафлопснсные вычислительные системы, в том числе, мониторинг месторождений, где нужно обрабатывать миллиарды расчетных точек, решения для сейсморазведки, цифровые керны и ряд других задач.

«Таких решений крайне мало. Для них нужны новые алгоритмы, новое ПО, облачные решения. В РАН формируется программа исследований для создания подобных приложений. Привлечение предприятий ТЭК для использования суперкомпьютеров мне кажется очень перспективной стратегией», — подчеркнул он.

Сегодня большинство суперкомпьютерных систем РАН применяются для решения множества относительно небольших задач, и их использование для крупных ресурсоемких приложений весьма проблематично, пояснил Четверушкин.

В то же время, доля зарубежного программного обеспечения в российской нефтяной отрасли превышает, согласно опубликованным данным, 90%, включая системы управления бизнесом на базе решений SAP, а также различные комплексы моделирования и визуализации данных. Для сравнения: доля импортных продуктов в нефтегазовом машиностроении, как считают в Минпромторге, составляет около 60% и может снизиться к 2020 году до показателя немногим более 40%.

Программа «СКИФ-Недра»

Переменам в ситуации с использованием суперкомпьютеров в ТЭК призвана способствовать научно-техническая программа Союзного государства «СКИФ-Недра», цель которой — разработка высокопроизводительных информационно-вычислительных технологий для увеличения и эффективного использования ресурсного потенциала углеводородного сырья. Госзаказчиком и координатором программы, действующей с лета 2015 года, в России является Минобрнауки.

В рамках программы, ответственным исполнителем которой выступает научно-производственное объединение СНГС, а соисполнителями – ИПМ РАН, Межведомственный суперкомпьютерный центр РАН, «РСК Технологии» и ряд других организаций, ведется работа по созданию соответствующих аппаратных и программных средств, включая приложения обработки сейсмических данных, ПО геологического и геолого-гидродинамического моделирования, системы поддержки облачных вычислений и информационной безопасности, СУБД.

Среди создаваемых аппаратных систем — кластеры «СКИФ-ГЕО-ЦОД», предназначенные для крупных организаций и облачных вычислений на основе процессоров Intel и «Эльбрус», «СКИФ-ГЕО-Офис» для компаний меньшего масштаба, а также «СКИФ-ГЕО-Поле», которые будут применяться для контроля качества и предварительной обработки сейсмических данных в полевых условиях, на судах и в других подобных приложениях.

Изготовление, тестирование и ввод в эксплуатацию опытных образцов аппаратных систем запланирован на 2018 год. Они создаются на условиях паритетного финансирования государства, исполнителя и соисполнителей программы. Ее бюджетное финансирование составляет около 490 млн руб.

В «Союзнефетегазсервиса» считают необходимым условием решения задач, стоящими перед российским ТЭК, более активное привлечение нефтегазовых компаний в развитию отечественной суперкомпьютерной отрасли.

Нейронные сети показывают впечатляющие результаты. Они используются в играх, распознают речь и генерируют голос, делают переводы и подражают художникам, управляют автомобилями и заставляют роботов двигаться. О достижениях и перспективах глубинного обучения рассказал представитель компании Nvidia Антон Джораев, выступая на международной конференции по робототехнике «РобоСектор».

Nvidia уже несколько лет занимается разработками в этой области, при этом не используя «жесткое» программирование. По словам Джораева, специалисты опираясь на большие массивы данных и учат нейросеть саму определять, чем, например, один предмет отличается от другого.

Джораев представил вычислительный модуль Jetson TX2, который в том числе используется и при создании роботов. Компания отдает предпочтение не облачным технологиям, а локальным вычислениям, организуя анализ данных на платформе самого источника данных. Причинами для этого служат огромное количество данных, с которыми приходится работать, необходимость защиты персональных данных и труднодоступность связи в регионах, где инфраструктура для подключения к Интернету может быть слаборазвитой или дорогостоящей.

По утверждению разработчиков, новый модульный суперкомьютер вдвое эффективнее своего предшественника — Jetson TX1. Модель Jetson TX2 имеет графический процессор Pascal, память 8 Гбайт, жесткий диск 32 Гбайт, пропускную способность 59,7 Гбит/c, оснащена адаптерами беспроводной связи Wi-Fi 802.11ac и Bluetooth. Поддерживаются различные интерфейсы, включая DP 1.2, HDMI 2.0, SATA, USB 3.0, UART, SPI, I2C, I2S, GPIO, благодаря чему обеспечивается совместимость с широким спектром продуктов и форм-факторов, отметил представитель компании.

Набор инструментов JetPack 3.0 дополняет Jetson TX2 средствами для разработки искусственного интеллекта, такими как Nvidia CUDA Toolkit версии 8.0, cuDNN, TensorRT, VisionWorks, GStreamer и OpenCV, построенные на базе ядра Linux v4.4, L4T R27.1 BSP и Ubuntu 16.04 LTS. В состав Jetpack 3.0 входят системный профилировщик и графический отладчик для интерактивного профилирования и отладки. JetPack автоматически настраивает и готовит к работе вычислительный модуль.

Вычислительный модуль Jetson TX2 ускоряет работу нейронных сетей, поддерживает системы машинного зрения, графики, навигации. Он может использоваться для создания беспилотных летательных аппаратов, роботов и различных электронных устройств.

По габаритам новинка сравнима с кредитной картой: габариты равны 87 × 50 мм. Ее вес — 85 г. Уровень энергопотребления при стандартной нагрузке – 7,5 Вт. Стоит такой модуль около 30 тыс. руб.

Представителей американского научно-технологического сообщества продолжает беспокоить предлагаемое администрацией Дональда Трампа снижение государственного финансирования научных и исследовательских программ. Так, например, бюджет управления по науке министерства энергетики, составлявший 5 млрд долл., сокращается на 900 млн долл. В ведении этого управления находится строительство американских суперкомпьютеров. Между тем, еще задолго до представления проекта бюджета многие специалисты заявляли, что при сохранении нынешних тенденций уже к 2020 году мировое лидерство в области суперкомпьютерных технологий перейдет к Китаю.

Финансирование Национального института здравоохранения предлагается снизить на 18%, научных программ Агентства по охране окружающей среды — на 40%, и при этом исключить все исследования, связанные с изменением климата. Национальный научный фонд получит на 10% меньше.

США уже начинают уступать лидерство Китаю, предупреждают обозреватели. Как следует из доклада, подготовленного экспертами Франкфуртской школы финансов и менеджмента и Программа ООН по окружающей среде, Китай в два раза больше, чем США, вкладывает в развитие возобновляемой энергетики. А рынок робототехники азиатско-тихоокеанского региона, по данным IDC, в 2016 году вырос до 60 млрд долл., тогда как Северною и Южной Америки в сумме — только до 12,9 млрд долл.

Проект федерального бюджета, представленный администрацией президента США Дональда Трампа, предусматривает повышение расходов на оборону, усиление охраны границ и начало строительства стены на границе с Мексикой, но одновременно снижает расходы на финансирование научных исследований.

Бюджет управления по науке министерства энергетики, в ведении которого находится строительство суперкомпьютеров, составлявший 5 млрд долл., сокращается на 900 млн долл., Национальный научный фонд США (NSF) получит на 10% меньше, Национальный институт здравоохранения (NIH) — на 18%, а финансирование научных программ Агентства по охране окружающей среды (EPA) снижается на 40%. В ряде других агентств сокращаются расходы на фундаментальные исследования, что, как заявляют в некоммерческом аналитическом центре Information Technology & Innovation Foundation, может сказаться на поддержке университетской науки.

Расходы на оборону увеличиваются на 10%, то есть на 54 млрд долл. Как это может отразиться на финансировании Агентства перспективных исследований министерства обороны (DARPA), пока неизвестно. 2,6 млрд долл. предлагается выделить на развитие инфраструктуры охраны границ, что включает в себя подготовку к строительству стены на границе с Мексикой, отмечается в заявлении министерства национальной безопасности.

Администрация президента Дональда Трампа уже обрисовала некоторые его планы, но вот о суперкомпьютерах до сих пор не было сказано ничего. Будет ли администрация нового президента участвовать в глобальной гонке разработчиков суперкомпьютера экзамасштаба? На этот счет пока хранится молчание.

А между тем вероятность вовлечения администрации Трампа в суперкомпьютерную гонку растет. Суперкомпьютер экзамасштаба – с производительностью в 1000 PFLOPS – скорее всего, появится еще до окончания первого президентского срока Трампа. И для новой администрации это событие по значимости вполне сравнимо с запуском первого космического спутника.

Ставки весьма высоки. Суперкомпьютеры играют важнейшую роль в обеспечении конкурентоспособности страны, поскольку научные исследования и разработка новых продуктов все чаще переносятся в виртуальную сферу. Европа и Китай при создании систем экзамасштаба намерены использовать собственные технологии. Для них это важно с точки зрения повышения конкурентоспособности своего ИТ-сектора в соперничестве с компаниями, которые базируются в США.

Китай и Япония планируют представить систему экзамасштаба к 2020 году. Европа тоже включилась в гонку. Здесь ориентируются на 2022 год, но, возможно, работы удастся завершить раньше.

В Китае ставку делают на собственные микропроцессоры. А по крайней мере одна из наиболее мощных систем, разрабатываемых в Европе, использует чипы ARM. В утвержденном в прошлом году документе говорится, что Европа выделит на суперкомпьютерные исследования 700 млн евро, систему на базе технологий Евросоюза планируется создать к 2022 году.

Администрация Обамы планировала переходить к системам экзамасштаба не так быстро, как хотелось бы суперкомпьютерному сообществу. В конечном итоге разработка суперкомпьютеров следующего поколения была признана приоритетным направлением, но развертывание таких систем ожидалось не ранее 2023-2024 годов — позже, чем в Китае и Японии.

Однако в последние недели президенства Обамы появился новый план, согласно которому первая система экзамасштаба должна быть создана к 2021 году.

«Проект Министерства энергетики США Exascale Computing Project теперь рассчитан на семь лет, а не на десять, но стоимость его заметно выросла», – сообщил руководитель проекта Пол Мессина, работающий в Аргоннской национальной лаборатории Министерства энергетики США.

Скорректированные сроки действительно предполагают рост бюджета. В соответствии с новыми планами минэнерго, стоимость проекта составит от 3,5 млрд до 5,7 млрд долл. Прежняя сумма была в пределах от 3,1 млрд до 5,1 млрд долл. Администрации Трампа и конгрессу придется считаться с внесенными коррективами.

На сегодняшний день самая быстрая в мире система развернута в Китае, и она обладает производительностью125 PFLOPS (система с производительностью в 1 PFLOPS выполняет один квадриллион арифметических операций в секунду. — Прим. ред.).

Цель американского эксапроекта — «повысить экономическую конкурентоспособность государства и укрепить национальную безопасность». Еще одна задача — разработать совместно с поставщиками соответствующих средств стек программного обеспечения, который можно было бы использовать в промышленности и академических институтах в системах меньшего масштаба.

«Все это призвано сохранить американское лидерство в ИТ-архитектуре, программном обеспечении и приложениях, нужных для поддержки научных открытий, энергетической безопасности, управления ядерным арсеналом и разработки программ и политик в части ядерного нераспространения», – говорится в принятых документах.

Хотя создания полностью рабочего суперкомпьютера мощностью в один эксафлопс или выше, а также приложений для него можно ждать не раньше 2020 года, прототип такой системы в Китае предполагается разработать уже в этом году, заявил инженер Национального суперкомпьютерного центра в Тянцзине на заседании местного собрания народных представителей. Эксафлопсный суперкомпьютер будет в 200 раз мощнее первого китайского петафлопсного суперкомпьютера Tuanhe-1, ставшего в 2010 году самым мощным в мире.

В США запуск эксафлопсного суперкомпьютера запланирован только на 2023 год. Многие опасаются, что администрация президента Трампа уменьшит финансирование работ в области высокопроизводительных вычислений. Сайт The Hill утверждает, что их планируется снизить до уровня 2008 года — такую рекомендацию дал консервативный аналитический центр The Heritage Foundation. Бывший губернатор Техаса Рик Перри, которого президент предложил утвердить в должности министра энергетики, раньше призывал полностью ликвидировать это министерство (ведущее, помимо прочего, строительство суперкомпьютеров), но на слушаниях в сенате заявил, что готов активно поддерживать фундаментальные научные исследования.

Четыре сильнейших профессиональных игрока в покер, начиная с 11 января, примут участие в чемпионате Brains vs. AI, в ходе которого они сыграют 120 тыс. партий с системой искусственного интеллекта Libratus, разработанной в Университете Карнеги-Меллон. Людям предстоит играть с машиной один на один на приз в 200 тыс. долл., и даже если компьютер победит, деньги будут распределены между людьми пропорционально результативности их игры.

Первый аналогичный чемпионат с участием системы Claudico, созданной в том же университете, прошел в 2015 году. Было сыграно 80 тыс. партий, и компьютер проиграл, набрав меньше фишек, чем трое из четырех участвовавших игроков. Но в университете решили, что упомянутого количества партий недостаточно для статистического уровня значимости, который позволил бы c определенностью говорить о превосходстве машины или человека.

Компьютер уже одержал победу над человеком в шахматы в 1997 году, в телевикторине Jeopardy! в 2011-м и в настольной игре го в 2016-м, но покер для машины гораздо труднее, так как требует принятия сложнейших решений на основании неполной информации, при том что соперники могут блефовать и пользоваться другими уловками.

Алгоритмы Libratus, как и Claudico, были созданы с помощью суперкомпьютера, на котором заранее просчитывались вероятные выигрышные стратегии.