Саров и Intel - стратегическое сотрудничество17

Саров и Intel - стратегическое сотрудничество1718 февраля пресс-служба компании Intel организовала пресс-тур для
представителей ведущих российских СМИ в филиал корпорации Intel,
расположенный неподалеку от города Сарова. Программа визита была очень
насыщенной - мы познакомились не только с тем, чем занимаются сотруники Intel
в этом центре, но и с тем, как широко и эффективно Intel сотрудничает с
образовательными и научными учреждения города Сарова. Но расскажем обо всем
по порядку, а начнем - с небольшого исторического отступления.
Честно говоря, в самом городе Сарове мы не были. Почему - поймете через
несколько строк. Да и сам научно-исследовательский центр Intel расположен
километрах в 20 от границы города.
В 17 веке возникла Саровская пустынь, так принято называть "уединённую
обитель", небольшой монастырь. Название ее возникло от реки Саровка. А название
самой реки - от финно-угорской основы "сара" - "болото, заболоченная река", широко
представленной в топонимии Мордовии и соседних территорий (Саранск, реки
Инсар, Сарлей и т.д.).
В 1706 году был основан Саровский монастырь. Саровская пустынь
почиталась как место, где совершал духовные подвиги преподобный Серафим,
Саровский чудотворец. В 1927 г. монастырь был ликвидирован, имущество
монастыря вместе со строениями было передано в ведение Нижегородского
управления НКВД.
В 1927 г. на базе Саровского монастыря была создана детская коммуна для
беспризорников, в 1931 г. закрыта. После неё в посёлке была организована трудовая
колония для подростков и взрослых заключённых, действовала до конца 1938 г.
Рабочий посёлок назывался Сарова с 1938 г. В 1939 г. небольшой завод,
построенный в колонии был реконструирован в оборонное предприятие,
выпускавшее артиллерийские снаряды, с 1943 г. - снаряды для ракетных установок
"Катюша".
В конце 1945 г. был начат поиск места для размещения секретного объекта,
который позже был назван КБ-11. 9 апреля 1946 посёлок был выбран как место
расположения первого советского ядерного центра. В 1946 г. началось
строительство секретного научно-экспериментального комплекса, занимавшееся
разработкой ядерного оружия. Именно здесь были созданы советские ядерные и
водоробные бомбы.
С 1992 г. Саров - Российский федеральный ядерный центр - Всероссийский
НИИ экспериментальной физики (РФЯЦ-ВНИИЭФ).
День первый. Научная программа
О самом центре Intel Саров нам рассказала его директор Дарья Кирьянова.
Она напомнила, что всего в корпорации Intel в 300 офисах по всему миру
трудятся 83900 человек. Компания выпускает на рынок боле 450 продуктов и услуг, а
в исследования и разработки, проводимые в России, вложено уже больше 800
миллионов долларов. Первый офис Intel в России появился в 1991 году, а вот
научно-исследовательские разработки программного обеспечения стартовали
именно в Сарове в 1993 году. Один из топ-менеджеров Intel Ричард Вирт в 1991 году
по приглашению ВНИИЭФ приехал в Саров, в результате чего возникло обоюдное
желание развивать сотрудничество. Сотрудничество шло так успешно, что в 1993
году был подписан уникальный контракт о сотрудничестве иностранной компании с
Институтом закрытого города. Естественно, въезд иностранных граждан в Саров
крайне сложно организовать, поэтому первый центр научно-исследовательских
разработок компании Intel в России был открыт в Нижнем Новгороде в 2000 году. В
2003 году официально был открыт и центр исследований и разработок в Сарове, а в
2004 - еще три центра в Новосибирске, Санкт-Петербурге и Москве (до этого
времени в Москве разработок не велось). В 2007 году саровские разработчики
переехали в специальное здание в 20 километрах от Сарова, где и трудятся сегодня.
Всего в России около 1160 сотрудников Intel, 270 - в Москве, 270 - в
Новосибирске, 70 - в Санкт-Петербурге, 450 - в Нижнем Новгороде, 100 - в Сарове.
Офис в Сарове занимает 3410 кв.м., из которых 1100 кв.м. занимают
лаборатории и центр обработки данных. В офисе есть 186 рабочих мест, что говорит
о возможности его развития.
Дмитрий Кожаев, технический руководитель сайта Intel Саров сделал
краткий обзор исследований и раработок в этом центре. Он подчеркнул, что вся
работа в нем ведется в соответствии с традициями и опытом Intel. Один из таких
моментов - это работа в виртуальных группах, когда в проекте участвуют сотрудники,
разделенные одиннадцатью часовыми поясами. В таком режиме есть свои плюсы:
продукт может разрабатываться в России, а тестироваться - в США, тогда
получается практически круглосуточная работа. Все условия труда, техническая база
и правила работы в офисе не отличаются от офисов Intel по всему миру. .
В офисе Intel Саров разрабатываются программные библиотеки, которые
разработчики программных продуктов могут скачать и использовать в своей работе.
Эти библиотеки отлажены и оптимизированы. Среди них - библиотека для
высокопроизводительных вычислений (IPP), библиотека математических функций
(MKL) и библиотека для распараллеливания приложений (MPI). Все эти библиотеки
работают не только на процессорах Intel: библиотеки вообще не интересуются типом
процессора, а опрашивают функции, которые он выполняет.
Второй класс продуктов, которые разрабатываются в этом центре, это
инструменты, которые определяют, к примеру, эффективность работы того или иного
приложения на параллельных кластерах (Trace Analyser).
Еще одно направление исследований - это моделирование физических
процессов, происходящих в транзиторе и при его производстве.
Руководитель проекта Герман Воронов рассказал о программных
инструментах для вычислений на кластерных системах Intel Cluster Toolkit.
Он отметил, что эра параллелизма уже наступила. До 2004-2005 гг.
производительность процессора и компьютера наращивалась путем увеличения его
тактовой частоты.А потом некоторые компании (например, SGI) стали использовать
параллельное использование десятков и даже сотен процессоров. После этого
пришло время "эры многоядерности", когда в одном процессоре стало появляться по
несколько вычислительных ядер. Именно в этом направлении сейчас идет процесс
наращивания производительности вычислительных систем.
Чтобы максимально использовать возможности большого количества
процессоров, надо и программировать особым образом. Мало того, для поддержки
такого программирования должен быть разработан и специальный инструментарий.
Его пока очень мало, поэтому параллельное программирование пока реализуется с
очень большими сложностями, во много раз сложнее, чем последовательное.
Компания Intel уделяет большое внимание устранению этих сложностей и с этой
целью выпустило специальный продукт Intel Cluster Toolkit.
В него входит:
Intel MPI Library - высокопроизводительная и универсальная
реализация MPI-2 стандарта, позволяющая приложениям работать на произвольном
сетевом оборудовании (interconnect).
Intel® Trace Analyzer and Collector - cобытийно-ориентированный сбор трассы
приложения с низким влиянием на производительность и графическое отображение
процесса выполнения параллельного приложения.
Intel® Math Kernel Library - высоко-оптимизированная и распараллеленная
библиотека математических функций для инженерных и научных приложений.
Intel® MPI Benchmarks - специальные тесты на производительность для MPI
операций, ввод/вывод. араллеленная
Руководитель группы Сергей Сиволгин рассказал о библиотеке
математических функций Intel Math Kernel Library.
MKL - это высокопроизводительная параллельная математическая библиотека
для научных, инженерных, финансовых приложений. В ее состав входят программы
для работы с матрицами, быстрое преобразование Фурье, векторная
математическая и статистические библиотеки, функции расширенной точности,
программы для решения дифференциальных уравнений и методы оптимизации.
Библиотека оптимизирована для работы на широком спектре процессоров Intel, но
работает и на других процессорах. Интересно, что библиотека сама распознает тип
процессора и выбирает оптимальный вариант своих программ для работы на нем.
Преимущества MKL - это производительность, параллельность, поддержка и
дружественный интерфейс.
Области применения Intel® MKL - это физическое моделирование,
прогнозирование погоды, проектирование, финансовые рассчеты, обработка
изображений и сигналов, а также биоинформатика.
Среди пользователей MKL - крупнейшие наукоемкие организации,
автопроизводители, нефтедобывающие компании, авиакосмические агенства, банки,
финансовые организации, анимационные студии, поставщики инженерного ПО,
исследовательские подразделения крупных корпораций и научные институты.
Владимир Дудник рассказал о развитии проекта IPP - Intel Integrated
Performance Primitives.
Intel IPP - это библиотека, которая содержит в себе множество простых
функций, которые полезны программистам при написании любых программ.В ней 17
функциональных направлений, в которые входит более десяти тысяч функций,
реализованных в 350 Мб кода. Работает с операционными системами Windows, Unix,
MacOsX и на архитектурах IA32, Intel64, IA64, Atom. Разрабатывается полностью в
России, выпускается два релиза в год плюс внеочередные релизы. Дополнительные
релизы выходят в случае выхода новых процессоров Intel, под которые
оптимизируется и IPP. Чтобы обеспечить круглосуточную поддержку всех продуктов
Intel, группы поддержки расположены в офисах Intel по всему миру и работают в
режиме 24х7. Наиболее популярные функции - это обработка одномерных сигналов,
обработка двумерхных сигналов, приложения для работы с компьютерными зрением,
обработка небольших матриц (большие - в MKL).
Вот основные преимущества IPP: в нем есть строительные блоки для
широкого круга приложений, где важна производительность; оптимизированные
базовые операции, доступность на нескольких платформах, широкий диапазон
функциональности, надежно протестированный код, есть проигрыватели и
редакторы изображений.
Примеры кода IPP - более 50 IPP Samples свободно доступны в исходном
коде: кодирование видео: MPEG2, MPEG4, H264, VC1, кодирование музыки: MP3,
AAC, AC3, JPEG, JPEG-XR and JPEG2000 кодеки, кодирование речи: G722, G723,
G726, G728, Deferred Mode Image Processing, компьютерное зрение: Face Detection,
трассировка лучей, интерфейсы: Java, C#, .VB, F90, C++.
Интересно, что в октябре 2005 года прошли первые гонки автомобилей без
водителей. Выиграла их машина Стенфордского университета, оснащенная
процессором Intel Core2 Quad и системами компьютерного зрения на базе ОpenCV и
IPP.
Среди пользователей IPP такие известные компании, как Microsoft, Apple,
Adobe, Symantec, Philips Medical, Pixar, MathWorks, Envivio, SGI, Thomson, Oracle,
Yahoo, SAP, OKI, Google и многие другие.
О вычислительных методах для моделирования процессов и технологий
рассказал руководитель этой группы Борис Воинов.
Начал он с того, что перечислил направления моделирования процессов и
технологий. Среди них - тепловой анализ, анализ механических напряжений,
интегрирование компонент, топография поверхности, транзисторы и литография.
Группа, занимающаяся таким моделированием - уникальное явление, потому что
нигде больше за пределами США такой группы нет.
Термо-механическое моделирование - это по сути дела ответ на вопрос
"почему транзисторные структуры не ломаются". Для анализа тепловых и
механических напряжений используется трехмерный конечно-элементный метод.
Удалось показать его практическую масштабируемость до 100 миллионов узлов
расчетной сетки. Накоплена большая библиотека моделей материалов и проведен
анализ развития дефектов, усталости и разрушения материалов. Все это делается
для того, чтобы заранее знать, как поведет себя процессор и другие элементы
компьютеров при нагревании во время работы. Конечно-элементная модель разбита
на 1024 домена для параллельного решения на кластере компьютеров. Важно
подчеркнуть, что в России разрабатываются только сами программы моделирования,
а расчеты делаются уже в США. Программы написаны настолько хорошо, что для
расчетов на сетке с 500 миллионами узлов требуется достаточно компактный
кластер из 256 процессоров с 16 гигабайт памяти каждый.
Расчеты механических напряжений оказались настолько удачными, что по
этому же методу было решено проводить тепловой и электрический анализ. Он
точно так же использует все преимущества разбиения на домены и
самосогласованно определяет распределение токов и температуры в образце. По
словам г-на Воинова, мощность тепловыделения в современном процессоре такая
же, как в ядерном реакторе. Просто области этого колоссального тепловыделения
очень небольшие, и программа позволяет их разместить оптимальным образом. Этот
код развивается и дальше для решения более сложных физических проблем миграции дефектов в проводниках, которые определяют время жизни процессоров.
Следующая задача - это моделирование процессов в транзисторе, чтобы он
работал так, как мы ожидаем. С помощью программы удается моделировать
процессы диффузии в твердом теле, рост пленок и релаксацию напряжений. После
отработки всех этих процессов запускается программа физического моделирования
всего транзистора.
Есть еще программа моделирования эволюции трехмерной поверхности, в
которой используются все последние достижения в области моделирования
процессов травления и осаждения. Моделируется вся сложная поверхностная и
объемная химия, а также транспортные модели для ионов и нейтральных компонент.
В этих расчетах активно используются параллельные алгоритмы.
Моделируется и литографический процесс. Здесь в программе ведется точный
учет волновых эффектов и введены реалистические модели источников света. В
программе есть интерфейс для работы с точными решениями уравнений Максвелла
и многокомпонентной нелинейной диффузии. С помощью этой программы
специалисты, занимающиеся литографией, могут пробовать различные материалы
фоторезистора, разные источники света и т.п.
Есть наработки и для завтрашнего дня, когда придет время манипулировать
атомами. Для этого потребуется автоматическая генерация кристаллических и
аморфных подложек и физически обоснованные модели атомных потенциалов. На
атомном уровне можно моделировать процессы осаждения, диффузии, релаксации
подложки. По словам г-на Воинова, кремний в качестве основы процессоров
продержится только до 2015 года, а потом надо будет использовать другие
материалы. Есть материалы с подвижностью носителей заряда лучше, чем у
кремния.
День второй. Intel и образование Сарова
Второй день начался с того, что нас отвезли на экскурсию в Свято-Троицкий
Серафи́мо-Диве́евский монасты́рь. Это женский монастырь Нижегородской епархии
Русской православной церкви. Расположен в селе Дивеево Нижегородской области.
Почитается как четвёртый (после Иверии, Афона и Киево-Печерской лавры) земной
Удел Пресвятой Богородицы. Его посещению вполне можно посвятить -
Лирическое отступление
Святая Канавка — одна из главных святынь монастыря. 25 ноября 1825 года
Богородица явилась преподобному Серафиму и повелела основать Мельничную
общину, указав как следует обнести это место канавой и валом. Копать Канавку
должны были только сестры общины, а миряне могли помогать носить землю и
насыпать вал. Исполняя указания Царицы Небесной, Серафим Саровский приказал
сёстрам вырыть Канавку вдоль тропы, по которой прошла Богородица.[Преподобный
Серафим говорил, что Канавка эта до небес высока и всегда будет стеной и защитой
от антихриста. «Кто Канавку эту с молитвой пройдет да полтараста «Богородиц»
прочтет, тому все тут: и Афон, и Иерусалим, и Киев!»
Копать Канавку начал сам отец Серафим 2 (15) июня 1829 года перед
праздником Святой Троицы.Глубина канавки и высота вала должны были быть 3
аршина (215 см). Работы продолжались до смерти преподобного Серафима и были
завершены перед праздником Рождества Христова 1833 года. Во многих местах
канавка была вырыта всего на 1-2 аршина, и после этого её никогда не углубляли до
требуемого размера.
В 1927 году вал был срыт, Канавка на значительном протяжении засыпана. В
послевоенные годы через Канавку были проложены коммуникации, в частности через
южную часть — канализационная труба. Введены запреты на молитвы на святой
Канавке. 1 января 1992 года возобновлена традиция, по которой все сестры после
вечернего богослужения обходят Канавку с молитвой Богородице Дево, радуйся.
Некоторык из членов делегации прошли всю канавку и прочитали все
требуемые молитвы. Посмотрим, что теперь будет с ними.
Конец лирического отступления
После обеда нас ожидало продолжение знакомства с
достопримечательностями саровской земли. На этот раз мы общались с
представителями образовательной сферы. Руководители отдела образования
рассказали немало интересного об успехах саровских школьников и студентов на
всевозможных российских олимпиадах.
Среди наиболее значимых достижений последних лет можно отметить
лидерские позиции саровского образования в областных предметных олимпиадах,
растущее число победителей и призёров заключительного этапа Всероссийской
олимпиады школьников (6 человек в 2007 году, 8 - в 2008-м). В 2006 году Почетного
диплома Всероссийского конкурса «Лидер в образовании» была удостоена директор
МОУ «Лицей № 15» В.И. Шемякина. В 2007-м во Всероссийском конкурсе «Сердце
отдаю детям» победили три саровских педагога учреждений дополнительного
образования: С.А. Денисова (СЮН), И.С. Останина (СЮТ), И.В. Шарова (ДДТ). В
2008 году «Лицей № 3» победил в региональном этапе Всероссийского конкурса
«Лучшие школы России», старшая вожатая школы № 17 Е.В. Коршунова победила во
Всероссийском конкурсе работников образовательных учреждений «Воспитать
человека».
Благодаря действующей уже несколько лет программе «Дети Сарова»,
учащиеся совершенствуют свои знания и умения на Харитоновских чтениях (в 2006
году получили статус международной конференции школьников), в Школе
программирования В.Д. Лелюха, летней физико-математической школе Института
прикладной физики РАН в Зеленом городе (Н.Новгород), летней и зимней физикоматематической школе РФЯЦ-ВНИИЭФ - МФТИ, проведение которой невозможно
было бы без активной финансовой поддержки РФЯЦ-ВНИИЭФ. В образовательных
учреждениях созданы и успешно работают научные общества учащихся (НОУ). Для
научного руководства привлекаются преподаватели СарФТИ и ученые ВНИИЭФ,
хотя в основном исследовательским навыкам обучают учителя. Харитоновские
чтения помогают выявлять одаренных ребят, оказывать им поддержку, привлекать к
работе с учащимися ученых ведущих научно-исследовательских центров России,
вузов Москвы, Санкт-Петербурга, Нижнего Новгорода. Школы активно сотрудничают
с высшими учебными заведениями страны. Так, например, «Лицей № 15»
осуществляет сотрудничество с НИРО, СарФТИ, МФТИ, СУНЦ МГУ, РФЯЦ ВНИИЭФ,
ННГУ, ВШЭ, корпорацией «INTEL», Общероссийским педагогическим экспертным
Специальный доклад был посвящен лаборатории BiPro - это учебноисследовательская лаборатория прикладного и системного программирования. Ее
задача - повышение общего уровня IT-образования, проведение исследований и
разработок в области прикладного и системного программирования по
специфическим направлениям. Создана она на базе факультета информационных
технологий физико-технического института Сарова.
Вот как руководители этой лаборатории определяют ее функции. Базовые
(направлены на студентов) - это дополнительное профессиональное обучение,
подготовка учебных курсов по актуальным ИТ-темам, практический проектный опыт
ведения разработок, стимулирование рождения и развития научных идей.
Дополнительные - работа со школьниками в сфере ИКТ, мастер-классы для учителей
информатики, проведение различных образовательных акций, мероприятия в рамках
социальной ответственности и объединение представителей ИТ-сообщества г.
Саров.
Как рассказала Елена Сергеевна Логунова, координатор проекта со
стороны института, среди текущих проектов - Message Passing Interface, Kinetic
Monte Carlo Methods, SourceAnalyzer, а среди завершенных - GCC@SarPhTI, Speech
Recognition. Важнейшая цель лаборатории - обеспечить развитие научных тематик в
интересах
сатисского офиса Intel и поддержать творческие идеи студентов и помочь их
развитию в рамках инициативных проектов. Все перечисленные проекты нам
представили студенты - их авторы и создатели.
Чтобы поддержать инициативы талантливых саровских ребят, корпорация Intel
регулярно проводит в городе различные летние школы. Летняя студенческая
школа “Inside Intel® IPP” была посвящена практическому изучению программного
продукта Intel® Integrated Performance Primitives и технологий, стоящих за ним.
"Программируем с Intel" - это летняя школа по параллельному программированию
(MPI, OpenMP) для старшеклассников (7-11 классы).
Специальную работу корпорация Intel проводит и с учителями
информатики - это мастер-классы для учителей информатики г. Саров при
поддержке Департамента образования. Intel проводит и более общедоступные
мероприятия, например - День компьютерной грамотности - он посвящен обучению
детей из малообеспеченных и социально неблагополучных семей азам работы с ПК
в развлекательной форме.
Итогом этого дня стало ощущение, что корпорация Intel не просто
осуществляет в Сарове какие-то программы, а сотрудничает с городом на
взаимовыгодной основе. Город поставляет центру Intel первоклассные кадры, а Intel
помогает городу в самых разных начинаниях.
Заключительным аккордом визита стало двухчасовое общение с Владимиром
Рогачевым, заместителем директора по международному научно-техническому
сотрудничеству саровского ВНИИ экспериментальной физики. Рассказ о его
рассказе может стать содержанием отдельного материала, поэтому здесь придется
ограничиться пишь некоторыми наиболее яркими моментами.
Говоря о конверсии, то есть о стремлении руководства использовать
колоссальный опыт военого производства в мирных целях, г-н Рогачев рассказал о
контракте с одной из американских компаний, которая попросила разработать метод
уничтожения вредителей в больших партиях древесины. В институте была
разработана схема облучения этой древесины с помощью электронного ускорителя.
И она была принята. В лабораториях ВНИИ изготавливаются (правда, не в
промышленных объемах) аппараты "искусственная почка" и протезы типа устройств
доктора Елизарова.
Многолетняя работа в условиях строжайшей секретности не могла не
отложить свой отпечаток на выступление г-на Рогачева. Он намекнул, что именно в
его институте удалось создать самую высокую напряженость магнитного поля. Это
достижение может использоваться в термоядерных реакторах, но о подробностях
процесса г-н Рогачев говорить не стал. Не менее интересно и сотрудничество ВНИИ
с Роскосмосом, но оно так же осталось без комментариев. Так же г-н Рогачев сказал
о намерении его института активно участвовать в программе супер компьютеров и
высокопроизводительных вычислений, которую активно продвигает правительство и
Президент России. Но опять - никаких конкретных деталей. Он сказал лишь, что
ВНИИ планирует развивать не просто суперкомпьютерный центр, но и создавать
собственные программы автоматического проектирования, которые могут быть
востребованы в России. Очень важно (по его мнению) создание российской
программной базы для высокопроизводительных вычислений.
По словам г-на Рогачева, ценность центра Intel состоит в том, что он стал
серьезным конкурентом ВНИИ в плане рынка труда. Теперь многие лучшие
сотрудники ВНИИ перешли сюда и молодые выпускники саровских школ и ВУЗов
смотрят сюда же. А конкуренция способствует повышению качества работы и ВНИИ
и центра Intel.