Недавно уважаемые и достойные организации, такие как МГУ, РАН и Суперкомпьютерный консорциум университетов России выпустили книгу «Суперкомпьютерные технологии в науке, образовании и промышленности». Книга вышла под редакцией академика В.А. Садовничего, академика Г.И. Савина, чл.-корр. РАН Вл.В. Воеводина, то есть не менее достойных сэров. Книга посвящена тому, как используются те вещи, которые обычно считаются «космическими» на практике. Однако в настоящее время, суперкомпьютерные технологии перестают быть только научным направлением и начинают решать все больше практических вопросов, связанных с проектированием и производством. Я приведу несколько примеров применения суперкомпьютеров из этой книги.
Сначала приведу график с сайта top500.org, который показывает, какие задачи в мире решаются с помощью супер-компьютеров.
Рисунок 1 – Задачи, решаемые на суперкомпьютерах
Что ж, довольно разнообразные задачи. А что из этого списка находит применение в России? Пройдемся по главам книги.
Суперкомпьютерные технологии в медицине
Рисунок 2 – Применение суперкомпьютеров для разработки синтетических вакцин
Поиск молекул-ингибиторов для белков-мишеней составляет начальный этап разработки нового лекарства. Существенно сократить затраты времени и средств на этапе поиска ингибиторов можно с помощью суперкомпьютерных технологий и методов компьютерного молекулярного моделирования. Это позволяет предсказывать новые органические молекулы, которые будут наиболее эффективно и избирательно связываться с активными центрами исследуемых белков. Разработке нового патентночистого синтетического ингибитора тромбина была посвящена совместная работа МГУ и Гематологического научного центра РАМН, а сам подход получил развитие в процессе поиска путей создания ряда других лекарственных препаратов.
Использование суперкомпьютеров в машиностроении
ОАО НПО «Сатурн» — ведущая двигателестроительная компания России, специализирующаяся на разработке и производстве газотурбинных двигателей для военной и гражданской авиации, судов военно-морского флота, энергогенерирующих и газоперекачивающих установок. В компании активно применяют суперкомпьютеры при проектировании авиационных двигателей.
Рисунок 3 – Авиационный двигатель, разработанный в среде виртуального проектирования
Другим интересным примером может служить тема «Оптимизация профиля железного колеса». В первый момент название может показаться не серьезным, но за ним скрыт серьезный практический смысл. Компании ОАО «РЖД» принадлежит порядка 20 тыс. локомотивов и более 600 тыс. грузовых и пассажирских вагонов. Уменьшение износа железнодорожных колес и рельсового полотна на проценты может дать огромный экономический эффект, а повышение устойчивости вагона в процессе движения позволит повысить безопасность и увеличить среднюю скорость движения. Смысл оптимизации очевиден, но причем тут высокопроизводительные вычисления?
Если оптимум искать, используя полный перебор на сетке необходимой точности, получим следующее. Взяв десять вариантов значения каждого из параметров, получим 10^11 вычислений, что дает порядка 10^12 секунд, то есть 3 года непрерывного счета на суперкомпьютере с 10 000 процессоров. Таким образом, сложность задачи такова, что высокопроизводительные вычисления не только являются необходимыми, но и должны в обязательном порядке дополняться эффективными численными методами решения для получения результата в обозримых временных рамках.
Рисунок 4 — Траектория движения колесной пары
Нефть, газ и суперкомпьютеры
Эффективность работ в нефтегазовой отрасли непосредственно связана с применением мощных суперкомпьютеров для решения масштабных расчетных задач, обеспечивающих качество поиска и разведки нефтегазовых месторождений, повышение продуктивности действующих скважин и снижение экологического ущерба при их разработке.
Рисунок 5 – Пример модели месторождения
Другие разделы в книге
Помимо перечисленного, в книге рассмотрены примеры применения суперкомпьютеров во многих других отраслях:
• климат, изучение атмосферы;
• система защиты города от наводнений;
• детонация газа, распределение давления;
• и многое-многое другое.
Не обошлось впрочем и без «оторванных от жизни» применений высоких технологий :). Например, в России должны разработать «суперкомпьютер стратегического назначения» «Ангара». Он должен стать «лучше всех» других вычислительных систем. Однако пока выполняется только моделирование суперкомпьютера «Ангара» на другом компьютере. То есть сделали эмулятор. Это как если бы АвтоВАЗ вместо новой модели автомобиля разработал и описывал бы дополнение к Need For Speed. :)
Где же почитать?
Целью моей записи не было пересказать всю книгу, я лишь хочу заинтересовать людей, чтобы все желающие могли познакомиться с ней и узнать о различных вариантах применения суперкомпьютеров в России. Книга доступна в электронном виде здесь!
Ну и вопрос к читателям – кто-то из вас работает над подобными суперкомпьютерными системами?
