Саров и Intel | Введение
Научно-исследовательский центр Intel расположен километрах в 20 от границы города Саров. В XVII веке возникла Саровская пустынь, так принято называть уединённую обитель, небольшой монастырь. Название произошло от реки Саровка. А имя реки – от финно-угорской основы – 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. В 1927 г. монастырь был ликвидирован. Имущество монастыря вместе со строениями было передано в ведение Нижегородского управления НКВД.
В 1927 году на базе Саровского монастыря была создана детская коммуна для беспризорников, в 1931 году детский дом был закрыт. До конца 1938 года в посёлке была трудовая колония для подростков и взрослых заключённых. В 1939 году небольшой завод, построенный в колонии, был реконструирован в оборонное предприятие, выпускавшее артиллерийские снаряды, с 1943 г. – снаряды для ракетных установок “Катюша”.
В конце 1945 года был начат поиск места для размещения секретного объекта, позже названного КБ-11. 9 апреля 1946 посёлок был выбран как место расположения первого советского ядерного центра. В 1946 году началось строительство секретного научно-экспериментального комплекса, занимавшееся разработкой ядерного оружия. Именно здесь были созданы советские ядерные и водородные бомбы.
С 1992 г. Саров – Российский федеральный ядерный центр – Всероссийский НИИ экспериментальной физики (РФЯЦ-ВНИИЭФ).
Саров и Intel | День первый. Научная программа
О центре Intel рассказала его директор – Дарья Кирьянова. Она напомнила, что в корпорации Intel, в 300 офисах по всему миру трудятся 83 900 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 российский офис Intel появился в 1991 году, научно-исследовательские разработки программного обеспечения стартовали именно в Сарове в 1993 году. Один из топ-менеджеров Intel Ричард Вирт в 1991 году приехал в Саров по приглашению ВНИИЭФ. В результате, 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 организовать крайне сложно, поэтому первый центр научно-исследовательских разработок компании Intel в России был открыт в Нижнем Новгороде в 2000 году. В 2003 году официально был открыт центр исследований и разработок в Сарове, а в 2004 – ещё 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.
Дарья Кирьянова – управляющая филиалом Intel в саровском технопарке.
В России трудятся 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. отданы под 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 разработок в центре Intel Саров. Он подчеркнул, что вся работа ведется в соответствии с традициями и опытом Intel. Один из таких моментов – 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.
Дмитрий Кожаев – технический лидер cаровского сайта Intel.
В офисе Intel Саров разрабатываются программные библиотеки. Разработчики программных продуктов могут скачать и использовать библиотеки в работе. Эти библиотеки отлажены и оптимизированы. Среди них – библиотека для высокопроизводительных вычислений (IPP), библиотека математических функций (MKL) и библиотека для распараллеливания приложений (MPI). Все они работают не только на процессорах Intel: библиотеки вообще не интересуются типом процессора, а опрашивают функции, которые он выполняет.
Второй класс продуктов, которые разрабатываются в центре Intel Саров, – инструменты, которые определяют, например, эффективность работы того или иного приложения на параллельных кластерах (Trace Analyser). Еще одно направление исследований – моделирование физических процессов, происходящих в транзисторе и при его производстве.
Руководитель проекта Герман Воронов рассказал о программных инструментах для вычислений на кластерных системах Intel Cluster Toolkit.
Герман Воронов – руководитель проекта Intel Cluster Toolkit.
Герман Воронов 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 идет процесс наращивания производительности вычислительных систем.
Чтобы максимально использовать возможности большого количества процессоров, надо программировать особым образом. Для поддержки такого программирования должен быть разработан специальный инструментарий. Пока его 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.
Саров и Intel | День первый. Продолжение
Руководитель группы Сергей Сиволгин рассказал о библиотеке математических функций Intel Math Kernel Library. MKL – 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 для работы на нем выбирает оптимальный вариант своих программ.
Сергей Сиволгин – руководитель проекта Intel Math Kernel Library (MKL).
Преимущества MKL – производительность, параллельность, поддержка и дружественный интерфейс. Области применения Intel MKL – это физическое моделирование, прогнозирование погоды, проектирование, финансовые расчеты, обработка изображений и сигналов, а также биоинформатика. Среди пользователей MKL – крупнейшие наукоемкие организации, автопроизводители, нефтедобывающие компании, авиакосмические агентства, 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 – библиотека, содержащая 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 Мбайт кода. Intel IPP работает с операционными системами Windows, Unix, MacOsX и на архитектурах IA32, Intel64, IA64, Atom. Intel IPP разрабатывается в России. Выпускается два релиза в год, плюс внеочередные релизы. Дополнительные релизы выпускаются при выходе новых процессоров Intel, под которые оптимизируется и IPP. Чтобы обеспечить круглосуточную поддержку всех продуктов Intel, группы поддержки, расположены в офисах Intel по всему миру, работают в режиме 24х7. Наиболее популярные функции – обработка одномерных сигналов, обработка двумерхных сигналов, приложения для работы с компьютерным зрением, обработка небольших матриц (большие – в MKL).
Владимир Дудник – руководитель проекта Intel Intergrated Performance Primitives (IPP).
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 и JPEG2000 кодеки, кодирование речи: G722, G723, G726, G728, Deferred Mode Image Processing, компьютерное зрение: Face Detection, трассировка лучей, интерфейсы: Java, C#, .VB, F90, C++. В октябре 2005 года прошли первые гонки автомобилей без водителей. Гонки выиграла машина Стэнфордского университета, оснащенная процессором Intel Core2 Quad и системами компьютерного зрения на базе ОpenCV и IPP.
О вычислительных методах для моделирования процессов и технологий рассказал руководитель этой группы Борис Воинов. Он начал с перечисления 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.
Борис Воинов – руководитель группы вычислительных методов моделирования процессов и технологий.
Термомеханическое моделирование – по сути, 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, 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 в США. Программы написаны настолько хорошо, что для расчетов на сетке с 500 миллионами узлов требуется достаточно компактный кластер из 256 процессоров, с 16 Гбайт памяти каждый.
Расчеты механических напряжений оказались настолько удачными, что по этому же методу было решено проводить тепловой и электрический анализ. Он 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. 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 – моделирование процессов в транзисторе, чтобы он работал так, как ожидается. С помощью программы удается моделировать процессы диффузии в твердом теле, рост пленок и релаксацию напряжений. После отработки этих процессов запускается программа физического моделирования всего транзистора.
Существует 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 литографический процесс. 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.
Саров и Intel | День второй. Intel и образование Сарова
Второй день начался с того, что журналистов отвезли на экскурсию в Свято-Троицкий Серафимо-Дивеевский монастырь. Это женский монастырь Нижегородской епархии Русской православной церкви. Он 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 полтораста “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.
Некоторые из членов делегации прошли всю канавку и прочитали все требуемые молитвы.
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 предметных областных 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 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 физико-математической школе РФЯЦ-ВНИИЭФ – МФТИ, проведение которой было бы невозможно 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.
Специальный доклад был посвящен лаборатории BiPro – учебно-исследовательской лаборатории прикладного и системного программирования. Ее задача – повышение общего уровня IT-образования, проведение исследований и разработок в области прикладного и системного программирования по специфическим направлениям. Лаборатория создана на базе факультета информационных технологий физико-технического института Сарова.
Так 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.
Саров и Intel | День второй. Продолжение
Координатор проекта со стороны института, Елена Сергеевна Логунова рассказала о текущих проектах.
Заместитель декана СарФТИ Елена Логунова со студентами.
Cреди 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 саровского офиса Intel и поддержать творческие идеи студентов и помочь их развитию в рамках инициативных проектов. Все перечисленные проекты представлены студентами – их авторами и создателями.
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” – летняя школа по параллельному программированию (MPI, OpenMP) для старшеклассников (7-11 классы).
Суденты СарФТИ рассказывают о своей работе в лабораториях СарФТИ-Intel.
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 посвящен обучению детей из малообеспеченных и социально неблагополучных семей азам работы с ПК.
Итогом 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 Рогачёвым, заместителем директора по международному научно-техническому сотрудничеству саровского ВНИИ экспериментальной физики. Повествование о его рассказе может стать содержанием отдельного материала, поэтому придется ограничиться лишь некоторыми наиболее яркими моментами.
Говоря о конверсии, то есть о стремлении руководства использовать колоссальный опыт военного 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 объёмах) аппараты “искусственная почка” и протезы типа устройств доктора Елизарова.
Владимир Рогачев – заместитель директора по международному научно-техническому сотрудничеству саровского ВНИИ экспериментальной физики.
Многолетняя работа в условиях строжайшей секретности не могла не отложить свой отпечаток на выступление г-на Рогачёва. Он намекнул, что именно в его институте удалось создать самую высокую напряженность магнитного поля. Это достижение может использоваться в термоядерных реакторах. О подробностях процесса г-н Рогачёв говорить не стал.
Не менее интересно сотрудничество ВНИИ с Роскосмосом, но оно тоже осталось без комментариев. Г-н Рогачёв сказал о намерении его института активно участвовать в программе суперкомпьютеров и высокопроизводительных вычислений, которую активно продвигает правительство и Президент России. Но опять – никаких конкретных деталей. Он лишь сказал, 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 Рогачкова, ценность центра Intel состоит в том, что он стал серьезным конкурентом ВНИИ в плане рынка труда. Теперь многие лучшие сотрудники ВНИИ перешли сюда, молодые выпускники саровских школ и ВУЗов смотрят сюда же. А конкуренция способствует повышению качества работы и ВНИИ и центра Intel.
В материале были использованы фотографии пресс-службы Intel в России и других странах СНГ.
