Сегодня специалисты в мире работают над увеличением производительности суперкомпьютеров, создавая высокопроизводительные вычислительные машины на новых физических принципах. Технологические нормы производства более мощных электронных микросхем на классических кремниевых кристаллах подходят к физическому пределу. Учёные НЦФМ формируют научно-технический задел, который позволит сделать качественный скачок в области создания фотонной, а не электронной компонентной базы для вычислений, быстрого телекома и радиофотоники, а также разрабатывают фотонную вычислительную машину, мощность которой на несколько порядков превышает производительность современных электронных суперкомпьютеров.
Более ста студентов и молодых учёных изучали вопросы разработки архитектурных и программных решений для создания суперкомпьютеров с производительностью мирового уровня на I Всероссийской школе-семинаре НЦФМ «Центр исследования архитектур суперкомпьютеров» в Сарове (Нижегородская область). Школа прошла с 21 по 25 августа при поддержке Госкорпорации «Росатом», институтов РАН и Института теоретической и математической физики РФЯЦ-ВНИИЭФ в рамках Десятилетия науки и технологий в России. Записи лекций школы размещены на странице НЦФМ ВКонтакте.
«Последнее время закон Мура стал замедляться, скоро будет физически невозможно повышать производительность электронных машин за счёт увеличения числа транзисторов в классических кремниевых микросхемах, поэтому возникают разные решения масштабирования производительности компьютера при том же размере микросхем. Общая тенденция в мире – создавать вычислительные машины с гетероструктурой, включающей как электронные, так и фотонные компоненты. В научную программу НЦФМ мы добавили задачу создания фотонного сопроцессора. Это очень современное направление, связанное с реализацией новой компонентной базы, где информацию будут переносить фотоны вместо электронов. Создание таких компьютеров требует разработки нового программного обеспечения, позволяющего осуществлять передачу импульсов от фотонной базы к электронной и наоборот», – отметил научный руководитель НЦФМ академик РАН Александр Сергеев.
По его словам, традиционно в России активно развивается оптика, а фотонная компонентная база только начала создаваться и в нашей стране, и в мире.
Более 15 лекций и панельную дискуссию о современном состоянии и перспективах исследований архитектур суперкомпьютеров, в том числе на основе фотонной компонентной базы, провели на школе НЦФМ ведущие учёные из Межведомственного суперкомпьютерного центра РАН, Института программных систем им. А. К. Айламазяна РАН, Института систем обработки изображений РАН (филиала федерального НИЦ «Кристаллография и фотоника» РАН), Объединённого института ядерных исследований, РФЯЦ-ВНИИЭФ, МГУ им. М.В. Ломоносова, ЮФУ, ННГУ им. Н.И. Лобачевского, СНИУ им. ак. С.П. Королева, НИЦ «МИЭТ», ООО «НИЦ супер-ЭВМ и нейрокомпьютеров» и АО «МЦСТ».
«Сегодня суперкомпьютеры и искусственный интеллект – это две стороны одной медали, и одно без другого существовать практически не может. Например, нейронная сеть всем известного Chat GPT 4 использует 175 млрд различных параметров, для машинного обучения Chat GPT 4 использует суперкомпьютер Azure AI с производительностью около 30 петафлопс (30х1015 операций с плавающей запятой в секунду). Но даже современные суперкомпьютеры не всегда могут обеспечить нужный темп машинного обучения. И здесь нам могут помочь фотонные вычислители, поскольку они позволяют существенно сократить время перемножения вектора на матрицу, а именно этот тип операций составляет львиную долю (до 90%) процессов машинного обучения. В этом плане большие надежды мы возлагаем на специалистов Самарского национального исследовательского университета, которые под руководством академика В.А. Сойфера разрабатывают технологии создания таких фотонных вычислителей, ориентированные на отечественные производственные линейки, в рамках научной программы НЦФМ. И это очень важно, поскольку одна из главных целей НЦФМ – локализовать производство таких фотонных суперкомпьютеров в России», – рассказал академик РАН Игорь Каляев, сопредседатель направлений НЦФМ «Национальный центр исследования суперкомпьютеров» и «Искусственный интеллект и большие данные», научный руководитель направления ЮФУ и сопредседатель Программного комитета школы-семинара НЦФМ.
Студенты и молодые учёные представили на школе НЦФМ более 20 устных и стендовых докладов о разработке архитектурных и программных решений для фундаментальных и прикладных задач: от поиска объектов на видеопоследовательностях до моделирования электрических процессов вблизи земной поверхности. Тезисы их докладов опубликованы в сборнике тезисов школы Национального центра.
Участники приехали в кампус НЦФМ из Москвы, Санкт-Петербурга, Нижнего Новгорода, Новосибирска, Красноярска, Ростова-на-Дону, Таганрога, Калининграда, Саратова, Уфы, Саранска, Снежинска, Донецка, Долгопрудного и Сарова. Своими впечатлениями об участии в школе поделился старший научный сотрудник Института компьютерных исследований Уфимского университета науки и технологий Артур Юлдашев, чей доклад Программный комитет школы НЦФМ признал одним из лучших:
«Очень неожиданно, приятно и почётно стать победителем среди докладчиков на школе НЦФМ. У нас в Институте ведётся ряд работ по ускорению сложных алгоритмов программных продуктов для разных компаний. Мы используем как стандартные технологии распараллеливания, так и более современные технологии использования гибридных, оптических вычислительных систем. На школе главное – это возможность установить новые контакты с коллегами из разных точек нашей большой страны, познакомиться с саровским научным центром, в котором я ни разу не был, хотя давно мечтал побывать».
I Всероссийская школа-семинар НЦФМ «Центр исследования архитектур суперкомпьютеров» прошла с 21 до 25 августа с трансляцией лекций на платформе ВКонтакте НЦФМ.
Научные школы НЦФМ для студентов и молодых учёных
В 2022 году состоялись четыре школы НЦФМ – Международная школа по физике нейтрино и астрофизике, Всероссийская школа по физике высоких энергий и ускорительной технике, Всероссийская школа по лазерной физике и лазерным технологиям, Всероссийская школа по математическому моделированию на супер-ЭВМ экса- и зеттафлопсной производительности. В 2023 году Национальный центр планирует провести десять научных школ по направлениям научной программы НЦФМ: от искусственного интеллекта до физики частиц и космологии.
