Рынок высокопроизводительных вычислений в мировой практике действует уже довольно давно. Он успешно доказал свое право на существование, поскольку методы численного моделирования, используемые при проектировании новых продуктов, позволяют в значительной мере оптимизировать процессы их разработки.

В России рынок высокопроизводительных вычислений слишком разрозненный, он только начинает приобретать системность, складываться в самостоятельную отрасль. За последние несколько лет суперкомпьютеры появились и в государственных, и в коммерческих организациях. Но это лишь незначительно приблизило развитие отрасли к желаемым результатам. Доступ к сфере высокопроизводительных вычислений, в том числе и вследствие их высокой стоимости, по‑прежнему ограничен. Компаниям среднего и малого бизнеса, НИИ и другим организациям, не имеющим собственных вычислителей, специализированного программного обеспечения и профильных специалистов, все еще сложно воспользоваться имеющейся возможностью и на практике оценить все плюсы перехода к использованию и внедрению инновационных технологий.

Развертывание и содержание собственного вычислительного центра сопровождается значительными финансовыми затратами на приобретение вычислительного кластера, специализированного программного обеспечения, подготовку и обучение профильных специалистов. В итоге все это вовсе не гарантирует эффективность работы и окупаемость собственного суперкомпьютерного центра для многих организаций.

На сегодняшний день существует ряд компаний, оказывающих услуги в сфере суперкомпьютинга. Все они, как правило, специализируются на чем‑то одном, будь то поставка вычислительного оборудования или специализированного программного обеспечения, обучение инженеров‑расчетчиков, осуществление суперкомпьютерных расчетов в определенных предметных областях или услуги аренды программно-аппаратного комплекса. К сожалению, ни одна из подобных компаний не предоставляет услуг в области высокопроизводительных вычислений в комплексе.

Большую роль играет также государственная поддержка в вопросе формирования спроса и предложения на рынке высокопроизводительных вычислений.

В результате совокупность всех аспектов, связанных с развертыванием собственного вычислительного центра, необходимость поддержки со стороны государства и отсутствие широкопрофильных компаний, оказывающих комплексные услуги в области высокопроизводительных вычислений, создают барьер доступности к HPC-ресурсам (High Performance Computing). Возникает потребность в создании инструмента, который бы позволил сделать высокопроизводительные вычисления доступными.

Один из ярчайших примеров создания подобного инструмента при участии государства — проект по анализу и формированию рынка высокопроизводительных вычислений в наноиндустрии и других отраслях экономики, организованный при поддержке государственной корпорации «Роснанотех», а ныне ОАО «РОСНАНО», и Фонда инфраструктурных и образовательных программ (далее — Фонд).

По результатам открытого конкурса исполнителем проекта стало ЗАО «Т‑Сервисы», входящее в холдинг «Т-Платформы». Ключевой задачей «Т‑Сервисы», как исполнителя, было проведение тщательного анализа рынка и выявление существующих потребностей промышленности и науки в высокопроизводительных вычислениях, как средства оптимизации процессов проектирования и создания инновационных и конкурентоспособных продуктов.

Проект предполагал конкурентный отбор задач по ряду критериев, среди которых: принадлежность задачи к нанотехнологиям или приоритетным отраслям, целесообразность решения задачи методами суперкомпьютерного моделирования, степень инновационности проекта, экономический эффект от решения задачи.

В итоге было обработано и рассмотрено более 500 запросов на решение задач для таких приоритетных отраслей, как нанотехнологии, фармацевтика, энергетическое машиностроение, химическая и нефтегазовая отрасли. Все запросы прошли строгий отбор, и лишь 200 из них было представлено на рассмотрение экспертного совета Фонда, который по результатам восьми заседаний утвердил 47 инновационных задач.

«В долевом соотношении участники проекта, прошедшие отбор, расположились так: промышленные предприятия и коммерческие компании — 60%, научные коллективы — 40%. Процесс решения задач оказался непростым, поскольку к каждой задаче требовался индивидуальный подход в ее постановке, подбору оптимальной программно-аппаратной конфигурации и т. д. Именно тут мы и смогли опробовать модель комплексного сервиса по предоставлению услуг высокопроизводительных вычислений широкого профиля, — рассказал Максим Буланов, директор по развитию бизнеса компании «Т‑Сервисы».

На сегодняшний день методы численного моделирования и используемые высокопроизводительные вычислительные ресурсы позволяют решать не просто практические задачи, а задачи, ранее относившиеся к неразрешимым из‑за невозможности корректно осуществить их постановку или по причине отсутствия HPC-инструментов.

Например, одна из задач, решаемых в рамках проекта, — компьютерное моделирование обтекания гребного винта нового поколения. Три с лишним года разработка гребных винтов с нестандартным, волнистым типом профиля не двигалась с места. Эксперты относились к столь неординарному подходу крайне скептически, а модельные эксперименты, проведенные инициаторами разработки, не считались достаточным основанием для рассмотрения ее как перспективной и подлежащей последующему исследованию. Но проведенные в рамках проекта расчеты показали, что инновационный профиль работоспособен и имеет целый ряд преимуществ. В итоге разработчики получили одобрение на проведение дальнейших исследований, чтобы затем внедрить полученные результаты.

И это не единственный пример. В частности, моделирование задач нанолитографии позволит создать установку и методику производства полупроводниковых монокристаллов нового поколения. Важно ли это? Как известно, существующая ныне технология создания вычислительных процессоров не может преодолеть технологический барьер в 22 нанометра. Технология, для реализации которой были проведены расчеты, позволит перейти этот барьер и создать процессор с большим количеством транзисторов при лучших параметрах энергопотребления, тепловыделения и других характеристиках.

Или другая задача: моделирование течения в контактных резервуарах. В коммунальном хозяйстве подавляющее большинство технологий водоподготовки для целей очистки и обеззараживания воды предусматривают использование химических реагентов и соблюдения временных норм их действия. Отклонение от временных норм может стать средством массового поражения. Целью моделирования было получение оптимальной конфигурации контактного резервуара.

«Уже есть результаты, — сообщил Александр Мурашов, директор центра вычислительной экспертизы ЗАО «Т‑Сервисы». — Но я считаю, что это не самое главное. На протяжении всего времени, пока шла реализация проекта, мы аккумулировали вокруг нашей компании экспертные знания и опыт в области высокопроизводительных вычислений. В проект были вовлечены профильные специалисты, инженеры-расчетчики из совершенно разных предметных областей, включая биотехнологию, фармакологию и молекулярную физику. Это крайне важно, на мой взгляд, когда специалисты разных профилей взаимодействуют и обмениваются опытом. Это хорошо еще и потому, что позволяет расширить круг вовлеченных в отрасль специалистов разных профилей и разных возрастов (что тоже имеет значение)».

Использование высокопроизводительных вычислений возможно не только во всех отраслях промышленности и науки, но и на всех стадиях производственного цикла сложных изделий, включая их дальнейшее использование: разработку, отладочные работы, эксплуатацию и аварийную экспертизу. В результате, если реализация такого проекта даст возможность хотя бы небольшой части государст­венных и коммерческих предприятий опробовать современные подходы к развитию собственного производства и ощутить все преимущества, можно считать этот проект успешным шагом к формированию и стандартизации столь важного, специфического, наукоемкого рынка.