СуперЭВМ "Лаврентьев"

Современные суперкомпьютеры представляют собой комплекс сложнейшего оборудования стоимостью в миллиарды рублей. В России они есть в основном у крупных корпораций. Для чего такой объект понадобился Новосибирскому государственному университету, и какие задачи будут решать на суперЭВМ – в материале «Континента Сибирь».

Напомним, что строительство суперкомпьютера «Лаврентьев» на базе Новосибирского государственного университета как часть масштабной программы «Академгородок 2.0», обсуждается не первый год. В 2021 году была оглашена стоимость проекта – 5 млрд рублей, получить которые планировалось в рамках федеральной адресной инвестиционной программы. Тогда же было сказано, что запустить суперкомпьютер планируется в 2025 году. Санкции против России не заставили отказаться от этой идеи, более того, даже сроки выполнения проекта сильно не изменились, по-прежнему речь идет о 2025 годе. Почему же этот проект столь важен для университета и какую пользу он принесет нашей науке и образованию?

«В университете сразу несколько образовательных программ готовят специалистов, чья деятельность будет связана с разработкой и использованием систем искусственного интеллекта (ИИ). Сегодня наш рынок труда очень нуждается в таких кадрах. Но их подготовка невозможна без доступа студентов к соответствующим вычислительным мощностям, на которых они могли бы выполнять собственные проекты», ─ отметил «Континенту Сибирь» куратор этого проекта со стороны НГУ, директор Института интеллектуальной робототехники Новосибирского государственного университета Алексей Окунев.

Несколько лет назад в НГУ был запущен суперкомпьютер DL-House, который занял 25-е место в списке в топ-50 лучших компьютеров на территории СНГ и стал основой для работы графического вычислительного кластера, созданного в университете. Это была своего рода проба сил, проект, на котором отрабатывалась методика работы в данном направлении, и вокруг которого создавались группы разработчиков, использующих технологии ИИ.

Но нейронные сети и другие модели искусственного интеллекта развиваются очень быстро, и уже в ближайшие годы имеющихся у НГУ мощностей не хватит даже для демонстрационного запуска современных проектов в области ИИ, не говоря уже о собственной разработке и обучении таких очень актуальных, ресурсоемких проектов, как большие языковые модели. Это стало главной движущей силой возникновения проекта создания Суперкомпьютерного центра «Лаврентьев».

Многие ключевые параметры за эти годы не изменились: завершение строительства СКЦ «Лаврентьев» запланировано к 2025 году, его пиковая вычислительная мощность составит 10 петафлопс, а объём хранения данных – 10 петабайт. Но, конечно, события последних лет внесли свои коррективы.

«Каждый суперкомпьютер представляет собой спектр уникальных технологий, создаваемых крупными «традиционными» игроками компьютерной индустрии. И уход с российского рынка целого ряда ключевых вендоров, таких как AMD или NVidia, создал запрос на поиск адекватной замены их оборудованию. Это, пожалуй, в настоящее время является основным вызовом в процессе реализации проекта», ─ рассказал Алексей Окунев.

Наиболее очевидным вариантом является развитие сотрудничества с китайскими компаниями-производителями аналогичного оборудования, которые в настоящее время демонстрируют быстрый рост производительности. Но, несмотря на общий мировой тренд разработки мультиплатформенного программного обеспечения, это относится больше к продуктам и приложениям, используемым на обычных компьютерах и гаджетах. А в области высокопроизводительных вычислений «софт» адаптирован под оборудование конкретного производителя. И переориентация на китайские компании неизбежно потребует переобучения кадров на работу с новым программным обеспечением, которое имеет свои специфические особенности.

Второй вариант – использование серверного и иного оборудования российских производителей на базе процессоров «Эльбрус». И в настоящее время этот вопрос активно прорабатывается, но тут есть свои ограничения, во многом связанные с возможностями наших производителей.

Впрочем, как говорится, любой кризис – это не только сложности, но и новые возможности. «Задача поиска альтернатив западным поставщикам серверного и иного специфического компьютерного оборудования встает сегодня перед российской экономикой в целом. И ее решение неизбежно повлечет диверсификацию используемого оборудования. Это, возможно, означает, что у СКЦ «Лаврентьев» появляется новая важная миссия – подготовка кадров для технологий искусственного интеллекта, работающих на основе самых разных программных решений – отечественных, западных, китайских и других», ─ подчеркнул Алексей Окунев.

Вообще, события последних лет серьезно поменяли подход к формированию круга задач для «Лаврентьева». Изначально, считалось, что он будет нацелен на решение исключительно научных и образовательных задач. Сейчас уже понятно, что работать только для науки – непозволительная роскошь для суперкомпьютера и значительная часть его рабочего времени будет потрачена на задачи импортозамещения и технологического развития. Это вписывается в рамки проекта «Цифровое будущее», который НГУ реализует в рамках программы «Приоритет 2030».

Задачи, которые планируется решать в СКЦ «Лаврентьев» условно можно разделить на два блока. К первому относятся те, что связаны с численным моделированием и цифровыми двойниками. Такие запросы со стороны индустриальных партнеров уже есть. В их числе, задача снижения шумности отечественных авиадвигателей. Небо европейских стран оказалось закрыто для некоторых моделей отечественных самолетов еще до введения санкций, по причине несоответствия к требованиям Евросоюза к авиатехнике по уровню шума и загрязнения окружающей среды. Улучшить эти параметры можно с помощью небольших конструктивных изменений. Но чтобы найти их оптимальный набор, нужно смоделировать огромное число вариантов, с чем справится только суперкомпьютер.

Другой пример относится к области персонализированной медицины: построение индивидуальной модели кровеносной системы пациента, которая позволит оптимизировать стратегию лечения сердечно-сосудистых заболеваний. Сейчас на это уходит неделя вычислений, что слишком долго в критических ситуациях, а суперкомпьютер справится с подобной задачей за пару часов.

Второй блок задач «Лаврентьева» непосредственно связан с искусственным интеллектом. Сегодня такие системы разрабатываются сразу на нескольких факультетах университета. В Институте интеллектуальной робототехники, по итогу выполнения ряда проектов в интересах компаний, формируется автономная платформа индустриального ИИ – универсальный комплекс промышленной видеоаналитики, который в настоящее время тестируется уже на восьми предприятиях Новосибирской области.

Ряд факультетов и подразделений университета активно разрабатывает решения на основе языковых моделей – чат-боты, разнообразные голосовые помощники, электронные секретари и тому подобное.  Не так давно Центр смарт-технологий и искусственного интеллекта НГУ презентовал голосового помощника для управления «умным домом», созданного по заказу российского производителя таких систем.

В таких проектах очень важно правильно обучить нейронную сеть, чтобы она давала правильные ответы на запросы пользователей, содержащие необходимую им конкретную информацию, а не общие формулировки. Недавно была установлена прямая зависимость способности модели к обучению от количества параметров, задействованных в обучении. Поэтому для решения такого типа задач важна не столько высокая точность вычислений, сколько возможность параллельно производить огромное количество простых операций (умножение, сложение, взятие максимума и т.п.), и это опять задача для вычислительных мощностей уровня суперкомпьютера.

Но, как отмечают в НГУ, отдавая должное внимание задачам промышленности, важно не забывать и про науку. Примерно в одно время с суперкомпьютером должен заработать еще более масштабный научный объект – Сибирский кольцевой источник фотонов (СКИФ), чьи станции будут генерировать колоссальный объем информации и ее надо будет где-то обрабатывать. Собственно, СКЦ «Лаврентьев» и задумывался, прежде всего, для этих целей и они никуда не делись. Правильнее сказать, список задач для суперкомпьютера только расширился.

Ряд изменений произошел и в выборе площадки для его строительства. Изначально предполагалось построить современное здание с конгресс-холлом (в одном из вариантов – на площадке того же «СКИФ»). Сейчас пришли к мнению, что эту часть проекта можно упростить в пользу больших вложений в собственно оборудование. Однако это не значит, что «Лаврентьев» можно разместить в любом помещении университета.

«Суперкомпьютер отличается высоким энергопотреблением, мы предполагаем, что его расчетная мощность будет составлять один мегаватт. В старом кампусе НГУ таких свободных мощностей просто нет, они появятся только с введением в строй нового исследовательского корпуса», ─  объяснил Алексей Окунев.

Напомним, речь идет об объектах второй очереди нового университетского кампуса мирового уровня, который строится на средства нацпроекта «Наука и университеты». И СКЦ «Лаврентьев» станет одним из ключевых элементов этой новой инфраструктуры. Одновременно он же может выступить единым центром анализа и управления работой всей «умной» инфраструктуры нового кампуса, которую предлагается использовать еще и как демонстрационный полигон для разработок НГУ в этой области.