Мы моделируем не только взрывы
Дата: 28/07/2011
Тема: Атомная наука


О том, как в условиях запрета на ядерные испытания подтверждаются характеристики современных ядерных зарядов, а также о развитии отечественной вычислительной техники и сотрудничестве с гражданскими отраслями промышленности рассказывает директор Института теоретической и математической физики, первый заместитель директора РФЯЦ-ВНИИЭФ, доктор физико-математических наук, В.П. Соловьев.



— Вячеслав Петрович, расскажите, какими темпами развивается ваш институт?

— Институт теоретической и математической физики развивается бурными темпами. Это связано и с нашими задачами, и с объективной реальностью. Поскольку мы лишены полномасштабных испытаний ядерного оружия, то центр тяжести по обоснованию характеристик тех изделий, которые мы модернизируем или вновь разрабатываем, переместился на работы и расчеты теоретиков и математиков.

— Назовите основные направления деятельности института.

— В первую очередь – это работы, связанные с расчетно-теоретическим обоснованием разработок ядерного оружия, сопровождение их жизненного цикла. Кроме этого у нас широко представлена деятельность по развитию гражданских технологий, на применение суперкомпьютерных технологий в гражданской промышленности. Целый ряд работ мы ведем в интересах Газпрома, топливно-энергетического комплекса, атомного энергетического комплекса. В их числе создание программных комплексов, а также расчетно-теоретический анализ процессов, характерных для работы установок, которые используются в этих отраслях.

— Когда вы приступили к разработке суперкомпьютеров?

— Эти работы начались с конца девяностых годов, еще при Иване Денисовиче Сафронове, еще в прошлом веке. Первые образцы наших машин использовали отечественную элементную базу, а сегодня эти работы получили дополнительный импульс.

— Где будут применяться суперкомпьютеры, и сколько машин в прошлом году вы уже поставили предприятиям?

— Прежде всего, это основной инструмент для нашей основной деятельности. Применение суперкомпьютеров представляет нам новые возможности по совершенствованию как физических моделей, так и математических программных комплексов. Мы проводим достаточно представительное имитационное моделирование работы всех основных наших изделий.

— Какое количество суперкомпьютеров уже сделано, продано?

– Предприятиям гражданссских отраслей мы поставили 21 компактную суперЭВМ производительностью 1 Тфлопс каждая. Эти машины поставлены на предприятия Роскосмоса, в   ОКБ «Сухой», ОАО «КАМАЗ», а также в организации и предприятия атомной отрасли.

Если говорить о больших вычислительных комплексах, то их уже сделано больше десятка. Кроме этого, сегодня в нашем институте идет создание компактных суперкомпьютеров, производительностью порядка от одного до трех Тфлопс. С доведением 2012 году производительности до 5 Тфлопс.

— Где и для чего они были созданы?

— СуперЭВМ были созданы в нашем институте. Кроме  этого, в рамках действующего президентского проекта по развитию компьютерных технологий нашими специалистами созданы машины высокой производительности, около 1 Тфлопса, которые мы сегодня называем компактными суперЭВМ. Не далее как семь лет назад машины такого класса занимали площадь, сопоставимую с площадью достаточно обширного зала, и представляли собой большой набор шкафов с множеством инженерных систем по охлаждению. Сегодня компактные суперЭВМ работают в режиме персональных ЭВМ без инженерных инфраструктур, что позволяет проводить сложные двухмерные и трехмерные расчеты, как по нашей основной, так и по и гражданской тематикам.

— Можно ли сказать, что в будущем компактные супер-ЭВМ заменят наши обычные рабочие ЭВМ, или они производятся только для специалистов?

— Нет, пока компактные суперЭВМ являются специализированными машинами и в первую очередь предназначены для процессов имитационного моделирования в интересах достаточно сложных технологических систем и комплексов. Они имеют свою технологическую нишу. Этими машинами должны быть оснащены предприятия, проектирующие и создающие новую технику. В дополнение к этим машинам обязательно должны быть мощные вычислительные центры, где будут проводиться расчеты сложных систем, и проводиться полномасштабное имитационное моделирование таких объектов как АЭС, самолет, корабль и т.д.

В первую очередь компактные суперЭВМ предназначены для анализа определенной части процесса, групп процессов, моделирования отдельных систем. А вот уже комплексное имитационное моделирование должно проводиться на других машинах более высокой производительности, более мощных, чем компактные суперЭВМ терафлопсного класса.

— Насколько они пользуются популярностью в России?

— Мы имеем большое количество заказов на эти машины. Все пользователи, которые в прошлом году получили эти аппараты и начали с ними работать, очень довольны. В прошлом году наши машины были представлены на шести выставках и получили несколько дипломов. Сегодня популярность этих машин в России заметно возросла.

— Какова ее стоимость?

— У нас есть два типа машин. Есть специализированная машина,  которая использует графические ускорители. Тот экземпляр, который здесь представлен, работает на графических ускорителях. Стоимость такой машины порядка 300 тысяч рублей. Специализированные машины, которые позволяют проводить универсальные вычисления примерно с той же производительностью, имеют стоимость на уровне полутора миллионов рублей.

— Каково будущее этих машин? Были суперкомпьютеры, которые представляли из себя большие шкафы, затем компактные, а дальше?

— Будем повышать производительность компактных суперЭВМ. Перед нами поставлена задача в течение двух лет довести их производительность до 5 Тфлопс, а может быть, и выше. И создать целый ряд таких машин, которые будут работать в режиме индивидуального пользования для оснащения рабочих мест инженеров-конструкторов, проектировщиков, расчетчиков.

У нас во ВНИИЭФ есть потребность в такого класса машинах. И теоретики готовы такие машины использовать, и конструкторы. Сегодня во ВНИИЭФ кроме мощностей нашего вычислительного центра, в подразделениях используется и эта техника. Большой объем работ мы проводим по обучению специалистов, которые заинтересованы в освоении ЭВМ.

Если говорить о высокопроизводительных суперкомпьютерах, то сегодня в мире активно обсуждается вопрос о необходимости создания машин эксафлопсного класса, т.е. машин с производительностью 1018 операций в секунду. Это в миллиард раз мощнее машин терафлопсного класса. Наши специалисты также активно участвуют в вопросах разработки концепции создания и использования таких суперЭВМ.

— Люди сами могут купить такую машину и начать на ней работать? Нужна какая-то специальная подготовка?

— Базовая подготовка необходима, а, в принципе, – это уровень персональной ЭВМ и каких-то специальных знаний не требуется. Мы поставляем машины уже с подготовленным базовым программным оснащением, но эти машины могут работать, я говорю об универсальных машинах, и с западным программным обеспечением.

— Насколько вы уникальны на российском рынке, и есть ли у вас конкуренты в этой области?

— На российском рынке конкурентов мы не видим. Могу привести пример. В прошлом году в «Гидропрессе» поставили такую машину в проектно-конструкторский отдел, где ведется проектирование новых реакторов. Там наша машина стоит рядом с машиной IBM, закупленной в США. Преимущества нашей машины очевидны и заключаются в том, что она менее шумная, т.е. позволяет находиться рядом. Западная машина гудит, и видно, что она не позволяет исследователю находиться рядом и работать в постоянном режиме. Дальше, по соотношению цена – производительность, наша машина примерно в 5 раз лучше – так оценивают независимые эксперты преимущества нашей машины. Нам еще заказывают несколько машин подобного класса для оснащения конструкторских подразделений, которые занимаются проектированием новых реакторных установок. В том числе и того реактора, который создается взамен проекту ВВЭР-2006.

— Зарубежные коллеги наверняка знают про ваши достижения. Не было ли от них заказов?

— Нет, на экспорт мы пока не работаем.

– Объясните, что такое 1 терафлопс?

— Это 10 в двенадцатой степени операций в секунду. Была у нас когда-то знаменитая машина БЭСМ-6, наверное, самая удачная машина, которая была создана в СССР. Тогда она уступала американской технике не более чем на порядок и имела производительность 10 в шестой степени операций в секунду. Таким образом, сегодня наша машина имеет в миллион раз большую производительность, чем БЭСМ-6. Вот тот прогресс, который произошел в вычислительной технике за последние 20-30 лет.

— Что делает сейчас институт по основной тематике?

— Чтобы компенсировать отсутствие полномасштабных испытаний, чтобы обосновывать характеристики и модернизированных зарядов, и новых изделий, которые мы разрабатываем, нам необходимо иметь более высокую точность наших расчетов. Сегодня это достигается созданием и совершенствованием новых физических моделей и созданием более мощной вычислительной техники. СуперЭВМ предоставляет нам, в том числе и возможность повышения точности наших физических моделей. Возросшие вычислительные возможности позволяют нам повысить степень детализации моделируемых объектов, т.е. увеличить количество счетных точек, ячеек. А с другой стороны, увеличить и повысить точность самих физических моделей.

Более сложные модели, которые мы сегодня создаем, требуют более заметных вычислительных ресурсов. И эти более сложные физические модели, кроме вычислительных ресурсов, требуют также и экспериментального подтверждения. С этой целью в институте создаются, в том числе и новые установки. Создан рентгенографический комплекс, создается протонографический комплекс в Протвино, принято решение о создании мощной лазерной установки в ИЛФИ. Все эти установки необходимы для расширения наших знаний. Они позволяют нам создать новые физические модели, наполнить их необходимыми константами, и с помощью этих установок мы можем верифицировать вновь создаваемые программные комплексы, которые уже используются на новой вычислительной технике. Все взаимосвязано, и реализуется процесс, который позволяет нам создать принципиально новую расчетно-теоретическую базу для обоснования характеристик нашего ядерного оружия. В общем, для обоснования его эффективности, надежности и безопасности в условиях отсутствия натурных испытаний.

— В прошлом году к вам были визиты представителей Роскосмоса, РЖД. Заключены ли с ними какие-то договоры, соглашения в области суперкомпьютеров?

— Представители этих организаций познакомились с нашими работами и дали им высокую оценку. Сегодня мы вышли уже на конкретные договорные отношения. С РЖД заключено несколько договоров, в основном, – это моделирование некоторых технических проблем, например, износ пути, взаимодействие колесной пары с железнодорожным полотном, и целый ряд других задач. РЖД заинтересовано в совместной работе по решению проблемных моментов, которые есть сегодня в российском железнодорожном транспорте, в том числе совместного решения задач по созданию в России высокоскоростного железнодорожного транспорта. Они изъявили желание создать здесь вычислительный центр, вычислительную лабораторию, которая работала бы в интересах задач РЖД. Сегодня в этом направлении определенные решения принимаются, руководство РЖД и научно-исследовательские институты РЖД заинтересованы в оснащении своих организаций нашей техникой.

— Эти отношения на стадии заключения договора? Работы начались?

— Работы начались и ведутся. Наши специалисты в контакте со специалистами РЖД, и уже есть определенные результаты этих работ.

— Что скажете о Роскосмосе?
 
— С Роскосмосом мы работаем в рамках президентского проекта по суперкомпьютерным технологиям. С нами работают три предприятия Роскосмоса. Среди них испытательный центр НИЦ РКП из города Пересвета. Затем главный конструктор ракетных носителей ЦСКБ «Прогресс» из Самары и КБХА из Воронежа. Все эти предприятия создают новые ракетные носители. Причем, это не только военная тематика. В рамках работ, которые мы проводим совместно по президентскому проекту, мы создаем имитационные модели вместе со специалистами указанных предприятий, а также имитационные модели, которые позволяли бы моделировать работу такого комплекса как ракета «Русь». Это новая ракета, которая создается сегодня в ЦСКБ «Прогресс», далее ракетный комплекс «Ангара», который разрабатывается также специалистами предприятиями Роскосмоса. А мы создаем для них имитационные модели, которые позволяли бы оптимизировать процесс проектирования таких ракетных комплексов. Наши имитационные модели позволят также заметно сократить объем экспериментальной отработки.

С Роскосмосом наш институт взаимодействует и по другим направлениям. Например, создание топливных элементов для космических аппаратов, разработка рентгеновского телескопа. Отрадно отметить, что это сотрудничество активно развивается к общему удовольствию сторон.






Это статья PRoAtom
http://www.proatom.ru

URL этой статьи:
http://www.proatom.ru/modules.php?name=News&file=article&sid=3168