Университет XXI века Сила супермысли
Закончился четвертый год выполнения Программы развития НИУ ИТМО (niu.ifmo.ru). Цикл публикаций о восьми успешно действующих научно-исследовательских центрах (НИЦ) позволит познакомиться с результатами, которых им удалось добиться за эти годы.
Консультации ведущих зарубежных ученых
Научно-исследовательский центр «Технологии высокопроизводительных вычислений и систем» (НИЦ-3) создан в НИУ ИТМО в 2009 г. на базе НИИ Наукоемких компьютерных технологий (НИИ НКТ). В процессе становления в его состав также вошли кафедры компьютерных технологий и высокопроизводительных вычислений и Лаборатория перспективных вычислительных технологий университета.
Центр ориентирован на развитие научно-образовательного процесса в области применения суперкомпьютерных технологий и систем распределенных вычислений в различных направлениях научной и производственной деятельности.
Основная модель работы НИЦ-3 – координация и выполнение междисциплинарных научно-исследовательских и опытно-конструкторских проектов, требующих использования современных суперкомпьютерных технологий и проведения ресурсоемких расчетов. В целом это способствует как повышению степени взаимодействия предметно-ориентированных подразделений (лабораторий и кафедр университета), так и интенсивному вовлечению студентов и аспирантов в исследовательский процесс в форме реализации учебно-научных проектов.
В настоящее время исследовательский коллектив центра насчитывает 42 штатных сотрудника, из них пять докторов и 12 кандидатов наук, а также 16 аспирантов. В работе центра также участвуют 17 стажеров – магистрантов НИУ ИТМО и ряда других вузов (включая университет г. Амстердам). Возраст более 85 % сотрудников – до 35 лет.
С 2009 г. в центре успешно выполнены 24 научно-исследовательских и опытно-конструкторских работы, по результатам которых зарегистрировано 22 объекта интеллектуальной собственности (шесть патентов, 15 программ для ЭВМ, одна база данных).
По результатам исследований, за последние три года опубликовано более ста научных статей, в том числе в реферируемых зарубежных изданиях: Journal of Computational Sciences, Procedia Computer Science и Advances in Intelligent and Soft Computing.
Семинар «Высокопроизводительные вычисления и компьютерное моделирование»
Направления научной деятельности НИЦ-3 отражают современные мировые тенденции в области развития информационно-телекоммуникационных технологий. Так, в центре ведутся исследования в области создания сверхмасштабируемых вычислительных алгоритмов и программ для перспективных суперкомпьютеров эксафлопсного диапазона производительности.
НИЦ-3 также занимается развитием технологий построения глобальных сред распределенных вычислений нового поколения и созданием систем для анализа и интерпретации больших объемов данных, получаемых с суперкомпьютеров на основе технологий научной визуализации и виртуальной реальности.
Прикладной аспект данных исследований и разработок тесно связан с моделированием сложных многомасштабных процессов природного и антропогенного характеров. К ним относятся задачи создания наноматериалов с заранее заданными свойствами, предсказание и раннее предупреждение экстремальных природных явлений, исследования сложных социальных процессов (в том числе в социальных сетях).
Исследовательский потенциал центра в полной мере востребован отечественной промышленностью. В рамках масштабной опытно-конструкторской работы, выполненной по заказу крупной российской компании – системного интегратора ЗАО «Фирма “АйТи”. Информационные технологии», разработана и введена в эксплуатацию программно-аппаратная платформа CLAVIRE. Она предназначена для организации сред облачных вычислений в различных областях науки, промышленности и социальной сферы.
В рамках коммерциализации этой разработки при НИУ ИТМО создано малое инновационное предприятие ООО «Интеллектуальные высокопроизводительные технологии» – оператор облачных сервисов, связанных с ресурсоемким компьютерным моделированием.
В рамках регионального сотрудничества специалистами центра создано уникальное математическое и программное обеспечения системы поддержки принятия решений по предотвращению наводнений в Санкт-Петербурге – данная разработка в 2011 г. успешно внедрена и функционирует в режиме 24/7 в составе Комплекса защитных сооружений Санкт-Петербурга от наводнений.
Также по заказу Морского регистра судоходства подготовлено и внедрено новое семейство гидрометеорологических атласов и справочников по характеристикам ветра и волнения в океанах и морях, основанных на результатах суперкомпьютерного моделирования.
Отдельного упоминания заслуживают разработки центра, связанные с вычислительной инфраструктурой развития наноиндустрии в России, выполненные по заказу НИИ «Курчатовский институт».
Активную научную деятельность в НИЦ-3 ведет Лаборатория перспективных вычислительных технологий под руководством приглашенного ведущего мирового ученого Петера Слота. Ее работа тесно связана с интеграцией потенциала центра для решения задач, ориентированных на создание и эксплуатацию систем экстренных вычислений, предназначенных для поддержки принятия решений в критических ситуациях.
Система виртуальной реальности: анализ сети криминальных связей
Технологической основой экстренных вычислений является распределенная вычислительная среда, включающая территориально разнесенные суперкомпьютеры, разнообразные измерительные устройства, средства контроля и мониторинга развития ситуации. Результаты их работы объединяются, обрабатываются и интерпретируются с помощью многопользовательской системы виртуальной реальности.
На основе разработанной технологии строится инфраструктура ситуационных центров нового поколения, ориентированных на такие задачи, как предотвращение наводнений, противодействие развитию эпидемий, выявление организации массовых беспорядков с помощью социальных сетей, а также контроль криминальной активности.
Смежным результатом деятельности лаборатории стало открытие в НИУ ИТМО в 2012 г. первой в России совместной образовательной программы в области технологий высокопроизводительных вычислений – «Суперкомпьютерные технологии в междисциплинарных исследований». Программа организована в сотрудничестве с университетом г. Амстердам, в котором магистранты проводят не менее одного семестра за время обучения.
В результате они получают дипломы сразу двух университетов.
В деятельность центра вовлекаются студенты и аспиранты не только НИУ ИТМО, но и других вузов страны. В частности, НИЦ-3 традиционно проводит ежегодную весеннюю школу-практикум «Технологии высокопроизводительных вычислений и компьютерного моделирования». В 2012 г. в ней приняло участие более 30 молодых специалистов из России и Белоруссии.
Кроме того, под эгидой центра организован цикл международных конференций молодых ученых в области компьютерных наук. В них участвуют как лучшие отечественные кадры, так и их коллеги из зарубежных университетов. В качестве лекторов приглашаются ведущие мировые ученые. В 2012 г. данное мероприятие проходило в университете г. Амстердам, а в 2013 г. с 8 по 13 апреля конференция состоится на базе НИУ ИТМО.
Такая деятельность обеспечивает мобильность молодых ученых и специалистов (в 2012 г. в НИЦ-3 прошли научную стажировку 20 специалистов из 13 городов России), а также стимулирует формирование молодежного научного сообщества в области суперкомпьютерных технологий. Результаты его работы отмечены в 2012 г. специальным выпуском престижного зарубежного журнала Journal of Computational Science, целиком посвященного научным трудам молодых ученых, занимающихся исследованиями в центре.
В целом деятельность НИЦ-3 не ограничена рамками отдельных предметных областей и направлений подготовки. Она ориентирована скорее на развитие методологической и инфраструктурной составляющей в рамках парадигмы «электронной науки» (eScience).
Как следствие, квалифицированные специалисты в данной области востребованы в различных сферах науки или производства как в России, так и за рубежом.