Юный техник, 2010 № 12 - Журнал «Юный техник»

«Мы занимаемся оптическими системами диагностики, — сказал он. — Наглядно пояснить суть дела можно на таком примере.

Если послать прожекторный луч в туман, то он быстро рассеется. То же произойдет, если послать оптическое или инфракрасное излучение в ткани человека. Однако, если использовать излучения очень короткими импульсами — длиной в микроны — и регистрировать отраженные сигналы, то можно определять плотность тканей на разной глубине. Так можно получить карту распределения плотности тканей, диагностировать заболевания кожи. А используя зонд, можно произвести диагностику, например, поверхности желудка»…

Принцип оптической когерентной томографии ныне все шире применяется в медицине. Физики сотрудничают с клиниками и научными медицинскими институтами как в Нижнем Новгороде, так и в Москве.

КУДА ПЛЫВУТ МАТЕРИКИ? Вот что рассказал об этом вице-президент РАН, академик Николай Лаверов.

— С помощью системы космической навигации нам удалось измерить направление и скорость перемещения континентов, а также провести некоторые другие измерения. Например, установлено, что Восточная Сибирь движется в направлении к Японии, Японские острова уходят в океан, а Америка движется поближе к Евразии.

Кроме того, измерения скорости роста Эльбруса и скорости сжатия Кавказского хребта дают возможность судить о грядущих переменах в этом регионе, в частности, о возможных вулканических извержениях и сейсмических подвижках.

Сейчас точно установлено, что за последние десятки тысяч лет Кавказский хребет определенно стал длиннее, зайдя частично в Черное море, а частично в Каспий. При этом определена и скорость, с которой происходят такие изменения — порядка 1 см в год.

Таким же образом можно определить, расширяется ли Атлантика, насколько быстро растет Байкал и превратится ли он когда-нибудь в новый океан.

СОЗДАНО В РОССИИ

Суперкомпьютеры Сарова

Вы бы, наверное, удивились, узнав, что с помощью домашнего персонального компьютера можно предсказывать погоду за несколько суток, прогнозировать устойчивость того или иного здания в случае землетрясения, даже смоделировать полет еще не существующего на самом деле самолета или космического корабля.

«Таких компьютеров пока нет, но они вскоре появятся», — обещают сотрудники ВНИИ экспериментальной физики (ВНИИЭФ), расположенного в городе атомщиков Сарове. Именно здесь созданы первые образцы компактных суперкомпьютеров с невиданными ранее возможностями.

Мы уже вкратце рассказывали вам (см. «ЮТ» № 9 за 2010 г.) о таких конструкциях. Но сегодня у нас есть возможность предоставить нашим читателям более полную информацию об этой интересной разработке.

Производительность такой машины — 1 терафлоп. Это означает, что она способна выполнять 1 триллион арифметических операций в секунду и относится к классу малых суперкомпьютеров. Для пользователей обычных ПК поясняем — такая машина может одна заменить сразу 50 персональных компьютеров. На компьютерном сленге такие устройства называют «числодробилками».

Ныне суперкомпьютер уже можно, в принципе, разместить и дома.

Устройство компактного суперкомпьютера позволяет легко перемещать его с места на место.

Используются они для работы с очень большим количеством вычислений, например, для моделирования взрывов и погодно-климатических изменений на планете. Кстати, этим «числогрызы» отличаются от серверов и мейнфреймов, которые способны решать задачи попроще — обслуживать большие базы данных или одновременно работать с множеством пользователей.

Стоит такая машина пока 1,6 млн. рублей. Но при серийном производстве может сильно подешеветь. Машина очень компактная, с универсальным аппаратно-программным комплексом вычислений и не требует для эксплуатации дорогостоящих инженерных систем. Кроме того, эта машина потребляет мало энергии и не сильно шумит. По задумке производителей, она будет представлять собой повседневный инструмент для основной массы конструкторов и технологов, для проведения многовариантных модельных расчетов, при проектировании деталей и узлов сложных технических систем.

ОАО «Компания «Сухой» уже несколько лет пользуется услугами стоящего во ВНИИЭФе суперкомпьютера. А недавно для них сделали еще один, персональный. И самолетостроители не сомневаются, что это усилит их конкурентоспособность на мировом рынке, ускорит проектно-конструкторские разработки новых самолетов. Кроме того, такие машины позволят оперативно решать задачи гражданской авиации, связанные с чрезвычайными ситуациями — например, посчитать, как лучше всего произвести аварийную посадку того или иного лайнера с невыпущенным шасси.

Созданный в Сарове образец компактного суперкомпьютера — лишь первый этап президентской программы по созданию в России суперкомпьютеров различной производительности. Во ВНИИЭФе до конца 2010 года обещают изготовить еще 14 суперЭВМ для предприятий атомной отрасли, «Гидропресса», а также предприятий Роскосмоса, КамАЗа, авиастроительного объединения «НПО «Сатурн» и других организаций.

Саровские суперЭВМ выгодно отличаются от предыдущих аналогов по уровню шума и энергопотребления — при работе они шумят как обычный электрокипятильник и энергии потребляют столько же — 2,5 кВт. Такое стало возможным во многом благодаря оригинальной системе охлаждения, изобретенной в Сарове. Она не пневматическая, как обычно, а жидкостная, куда более эффективная.

Повышенный интерес государства здесь понятен: без развития высокопроизводительных вычислений Россия вряд ли будет способна на технологический прорыв. По данным НИИ системных исследований РАН, совокупные мощности российских суперЭВМ в гражданском секторе экономики составляют всего 215 терафлоп, в то время как в США — 10 407 терафлоп.

Наши ученые разрабатывают не только малые и средние (от 1 до 5 терафлоп) суперкомпьютеры. ВНИИЭФ — один из ведущих центров разработки суперкомпьютерных технологий. В Сарове они начали развиваться ускоренными темпами в начале 90-х годов прошлого века.

В ВНИИЭФе, разрабатывают программное обеспечение («Сократ», «Логос», ЛЭГАК ДК) для суперкомпьютера мощностью 1 петафлоп (тысяча триллионов, или квадриллион, операций в секунду). Такую махину изготовят к 2011 году в рамках оборонного заказа, но использоваться он будет и в других отраслях. На ее разработку государство выделяет нешуточные деньги — около 2,5 млрд. рублей.

Обычные суперкомпьютеры требуют для своего размещения отдельных зданий с большими залами.

Сейчас Россия находится на 12-м месте в рейтинге 500 наиболее мощных супервычислительных систем. Самый мощный на сегодняшний день компьютер в России — Lomonosov в МГУ (350 терафлоп). Возможно, внииэфовский «петафлопник» приблизит нашу страну к вершине мирового рейтинга. Ждать осталось не долго.

В. ВЛАДИМИРОВ

КОМПЬЮТЕРНЫЙ КОНВЕЙЕР

Сегодня лидер в сфере суперкомпьютеров — США. Включилась в гонку и Европа, здесь уже действуют программы по созданию виртуальных самолетов, вертолетов, электростанций, реактивных двигателей и т. д. Подсчитано, например, что для создания виртуального самолета, включая проверку его аэродинамики, нужен суперкомпьютер мощностью в 1 млн. терафлоп. И американцы предполагают создать такой компьютер к 2025 году.

Для создания компьютерной модели автомобиля достаточно «всего» 100 терафлоп, а то и менее того. К примеру, фирма «Ауди» недавно купила 39-терафлопную машину для моделирования столкновения автомобиля с препятствием. А БМВ вместо постройки аэродинамической трубы для испытаний нового болида «Формулы-1» приобрела суперкомпьютер в 12 терафлоп.

Недавно включилась в суперкомпьютерную гонку и Россия. Чем же наша обычная персоналка отличается от «супера»? Конечно, мощностью. Но не только. Суперкомпьютер решает задачи не так, как персоналка, которая напоминает школьника. Тот пишет контрольную по математике, двигаясь к ответу последовательно, шаг за шагом. Суперкомпьютер действует иначе. Кстати, его прообраз впервые появился, когда советские специалисты стали рассчитывать первую атомную бомбу.

«Задача была столь сложна, что, если бы ее, как обычно, стали решать последовательно, шаг за шагом, на это ушли бы многие годы, — рассказал кандидат физико-математических наук, лауреат Государственной премии Юрий Смольянов. — И тогда задачу разбили на части, дали каждую часть девушке-расчетчику с арифмометром и стали решать задачу параллельно».