Теория. Эксперимент. Компьютер

"Актуальные проблемы вычислительной физики" - под таким названием с 24 по 29 июля проходила вторая Международная конференция, организованная Лабораторией информационных технологий. Она была посвящена памяти Н. Н. Говоруна, директора ЛВТА и основоположника компьютеризации физических исследований в ОИЯИ. Его результаты в этой области вышли далеко за рамки только институтских проблем, а его научные идеи актуальны и в наши дни. Память о Николае Николаевиче до сих пор живет в сердцах его коллег и друзей. И никто, кроме них не расскажет лучше об этом замечательном ученом и талантливом организаторе.

Г.А.Ососков, главный научный сотрудник ЛИТ: Николай Николаевич стоял у истоков создания нашей лаборатории. Приехав в Дубну в 1958 году, он сразу сконцентрировал в своих руках все исследования по обработке данных физического эксперимента. В 1966 году была образована ЛВТА, и он совершенно естественно занял место заместителя директора. Он знаменит тем, что поставил в Дубне язык Фортран, который использовался во всем мире, кроме СССР, где доминировал Алгол. Это позволило более эффективно применять библиотеки программ, созданные в других физических центрах мира. Николай Николаевич с коллегами выдержал соревнование с вычислительным центром АН, в результате чего была создана операционная система БЭСМ-6, а сама операционная система пошла с триумфом по всем странам-участницам.

В.П.Гердт, начальник сектора ЛВТА: Дело его, безусловно, продолжается, причем, по всем направлениям, которые были им инициированы. Задачи он ставил широко, интуитивно захватывая будущее. Другое дело, что ни он сам, ни кто-либо другой не смогли предусмотреть столь быстрого развития вычислительной техники. Сейчас, думаю, Николай Николаевич порадовался бы, но и перестроил бы кое-что в нашей лаборатории. Надо сказать, что кроме работы здесь, Николай Николаевич активно участвовал во всесоюзной деятельности по информатике.

В.Б.Аникеев, ИВФЭ, Протвино: В нашем институте работают два его младших брата. Виктор Николаевич - замечательный инженер-компьютерщик, Владимир Николаевич - тоже инженер, разрабатывает электронику для физических экспериментов. Оба состоявшиеся ученые. Так что можно сказать, что вся семья вспахала широкую борозду на научном поле.

Продолжил тему семейных традиций профессор П.Н.Вабищевич, ведущий сотрудник ИММ РАН.

- Петр Николаевич, ваша жена - дочь Николая Николаевича Говоруна. Присутствуя на этой конференции, вы, наверное, как никто ощущаете связь поколений?

- Да, конечно, я буквально ощущаю эту связь, потому что на физфаке учились будущий академик Самарский, Н.Н.Говорун, я. Сейчас там учатся мой сын, дочь. В научном плане эту связь проследить сложнее, все-таки для науки сейчас не самое лучшее время.

ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ физика как научное направление сформировалась за рубежом более сорока лет назад и объединила в себе разработки вычислительных методов, алгоритмов, вычислительных средств и программного обеспечения, специально предназначенных для исследования математических моделей экспериментальной и теоретической физики. Научные работы в этих областях регулярно публикуются в таких журналах, как Journal of Computational Physics (США) и Computer Physics Communication (СРС), (Европейское физическое общество). Отметим, что одним из первых российских ученых, ставшим членом международной редакции СРС, был Н. Н. Говорун. Каждому физику, активно работающему с компьютерами, хорошо известна библиотека программ СРС, объединяющая программы по различным разделам физики. Постепенно вычислительная физика как научная и образовательная дисциплина завоевывает свои позиции и в России. Свидетельствуют об этом организация соответствующих кафедр в ряде университетов (Петербург, Москва, Университет Дружбы народов, Саратов), активная публикация монографий отечественных и зарубежных авторов, проведение международных конференций.

В ОИЯИ вычислительная физика развивается около десяти лет. В главные задачи этого направления входят алгоритмическая и программная поддержка экспериментальных и теоретических исследований, проводимых в Институте, а также обеспечение эффективного использования его вычислительных средств. Специалисты ОИЯИ по вычислительной физике занимают видное место в ряде областей этой науки. Это подтверждает активное участие ученых из стран-участниц ОИЯИ и других стран в проводимых ЛВТА (ныне ЛИТ) международных конференциях по современным тенденциям вычислительной физики.

ПЕРВАЯ конференция состоялась два года назад. В ее работе приняли участие свыше ста ученых. О высоком научном уровне конференции говорит тот факт, что труды ее были изданы в виде отдельного выпуска журнала СРС, причем все опубликованные доклады прошли дополнительное рецензирование этого журнала.

Вторая конференция, состоявшаяся 24-29 июля, собрала около 160 участников из 11 стран (Армения, Беларусь, Бельгия, Канада, Германия, Перу, Россия, Словакия, Тайвань, Украина, США). Работа конференции была организована в виде пленарных заседаний и заседаний по секциям. На пленарных заседаниях было заслушано 20 докладов по актуальным проблемам вычислительной физики – математическое моделирование и вычислительные методы для изучения сложных физических процессов, использование современных вычислительных систем векторно-параллельной структуры, компьютерных коммуникаций и распределенных вычислений для обработки информации больших объемов. 111 секционных докладов были разделены по направлениям: численные методы и алгоритмы компьютерной алгебры, вычислительные средства для моделирования и анализа экспериментальных данных, моделирование сложных систем, Монте-Карло моделирование многофакторных процессов в веществе, распределенные вычислительные системы и методы для научных расчетов.

В РАМКАХ этого материала мы можем отметить лишь некоторые из докладов. На открытии конференции в обзорном докладе директора ЛИТ профессора И. В. Пузынина был приведен ряд основных результатов, полученных учеными ЛИТ за последнее время. Большой объем расчетов для моделирования взаимодействия частиц различной энергии с делящимися средами сложного состава выполнен под руководством профессора В. С. Барашенкова и заместителя директора ЛИТ, доктора А. Полянского в связи с исследованиями электроядерного метода производства энергии и трансмутации радиоактивных отходов. Эти расчеты позволили перейти от изучения чисто теоретических вопросов к стадии проектирования опытной электроядерной установки.

Большое значение для создания современных компьютерных средств моделирования взаимодействия частиц высоких энергий и обработки экспериментальных данных имеет разработка и внедрение новейших методик обработки больших объемов информации: искусственные нейронные сети, клеточные автоматы, фрактальный анализ. Результаты работ, выполненных в этой области под руководством заместителя директора ЛИТ доктора физико-математических наук В. В. Иванова, нашли свое применение в ряде экспериментов ОИЯИ и прикладных работах.

Актуальной проблемой при проектировании новых экспериментальных установок является моделирование магнитных систем. Проведенные под руководством доктора физико-математических наук П. Г. Акишина и доктора Э. А. Айряна исследования и расчеты для задач магнитостатики имели большое значение для проектирования магнита установки ALICE и математического моделирования диффузии радиоактивных ядер от производящей мищени к ионному источнику.

Новые математические задачи, для которых необходимо разрабатывать новые вычислительные методы и программное обеспечение, возникают при моделировании экзотических физических систем. Это антипротонная молекула гелия в лазерном поле, нейтроноизбыточные ядра, димезоатомные системы. Расчеты таких систем, выполненных под руководством профессора И. В. Пузынина, важны как для планирования новых экспериментов, так и для интерпретации полученных данных.

В ЛИТ обрабатываются и внедряются новейшие методики распределенных вычислений для моделирования и обработки экспериментальных данных, включая разработки оптимальной архитектуры вычислительной системы, системной среды, алгоритмического и программного обеспечения. Проведенные под руководством профессора И. М. Иванченко методические разработки в этой области были эффективно применены в эксперименте EXCHARM на ускорителе ИФВЭ.

Только за последние три года ученые ЛИТ дважды отмечались премиями ОИЯИ на конкурсах научных работ.

БОЛЬШОЙ интерес и эмоциональный отклик у слушателей вызвал доклад учителя Н. Н. Говоруна академика А. А. Самарского “Математическое моделирование и вычислительная физика”. Опираясь на не столь давний исторический опыт организации сложных вычислений при решении оборонных и научно-технических проблем, докладчик провел интересные аналогии для современных параллельных и распределенных вычислительных систем. Еще одна важная методическая находка - обоснование свойств операторных уравнений и методов их решения в конечномерных гильбертовых пространствах путем их соответствующей аппроксимации. Этим достигается единообразный подход, своего рода “стандартизация”, при теоретическом обосновании различных вычислительных методов.

В связи с проблемой эффективной эксплуатации суперкомпьютерного центра (СКЦ) ОИЯИ большой интерес вызвали доклады профессора А. В. Богданова (Санкт-Петербург) и профессора В. В. Воеводина (МГУ, вычислительный центр). Они были посвящены организации, методике и перспективам суперкомпьютерных и параллельных технологий в научных вычислениях. Профессор В. В. Воеводин затронул также педагогические вопросы обучения “традиционных” программистов новым технологиям программирования.

В ряде докладов (профессор В. Д. Лахно, Чин–Кин Ху, Джефф Чен) были рассмотрены интересные для ОИЯИ проблемы применения методов молекулярной динамики и их реализация на суперкомпьютерах для моделирования сложных атомных и молекулярных систем.

Впервые в практике проведения конференций в ОИЯИ пленарные заседания транслировались в Интернете. В рамках конференции была организована экскурсия на катере. Хороший уровень организации встречи, а это было отмечено всеми участниками, стал возможен благодаря спонсорской поддержке РФФИ, Министерства промышленности, науки и технологий, Министерства образования через Университет Дружбы народов и НЦПИ. Положительные отзывы о конференции до сих пор поступают в адрес оргкомитета.

Подобные конференции замечательны еще и тем, что помимо делового общения, возможности установить контакты, появляется шанс узнать из первых уст о том, как обстоят дела у соседей, конкурентов или коллег из других институтов и регионов. Для этого идеально подходят встречи во время кофейного перерыва, совместные поездки и банкеты. На конференции мне удалось переговорить с Чин Кун Ху, профессором Тайваньского института физики.

Российский академический и образовательный Интернет сегодня раздроблен и финансируется разными ведомствами. Существует ли у вас единая научная сеть, кем и как производится ее финансирование?

На Тайване есть сеть, которая объединяет все исследования Академии наук и обслуживает образование. Финансируется она Министерством образования, Национальным советом по научным исследованиям совместно с китайской Академией Синика. Сейчас эти три организации финансируют еще один большой проект, обеспечивающий быструю связь между Тайванем, США и Японией. В проекте наряду с государственными участвуют частные компании, которые создают между собой конкурентную среду, борются за качество и быстроту обслуживания. Так что у этого проекта есть и научный, и индустриальный аспекты.

Я здесь уже четвертый раз и если бы мне здесь не нравилось, я бы не приезжал в Дубну. Все началось в 1996 году ,с моего первого визита в ЛТФ, к профессору В. Б. Приезжеву и его коллегам. Далее я продолжал сотрудничество с ЛИТ. Недавно начальник сектора ЛИТ Э. А. Айрян ездил на Тайвань договариваться о совместных проектах.

Каковы, на ваш взгляд, перспективы сотрудничества с нашим Институтом?

Это прежде всего сотрудничество по программе утилизации ядерных отходов. На Тайване одним из основных источников электроэнергии является АЭС, и уничтожение радиоактивных материалов для нас актуальная проблема, впрочем, как и для всего мира. Кроме того, нас интересует сотрудничество с Центром космической связи, но до конкретных проектов еще далеко. Первое, что я планирую, - заинтересовать исследованиями, проводимыми в Дубне, Национальный совет по науке и Министерство по атомной энергии Тайваня с тем, чтобы они отправили сюда группу экспертов.

ИФВЭ в Протвино вряд ли можно назвать двойником ОИЯИ, однако нас объединяет не только тематика исследований, но и ситуация, в которой оказались оба гиганта ядерной физики, люди, в них работающие. Об этом рассказывает доктор В. Б. Аникеев.

- Недавно мы закончили реконструкцию нашей институтской локальной сети. Это около 800 хостов, 10 МГц ETHERNET, на больших расстояниях мы используем оптико-волоконную связь. Связь с внешним миром мы осуществляем через сеть МГУ, но она слабовата для нас - 2 мБита/с для современного эксперимента маловато.

Насколько я знаю, Протвино, так же как и Дубна, активно участвует в создании LHC. Существует мнение, что одной из приоритетных задач в этом направлении является создание вычислительной системы, которая по существу обеспечит доступ к экспериментальным данным. Что вы думаете об этом?

ИФВЭ действительно довольно активно участвует в проекте LHC. В первую очередь мы прорабатываем "железо", причем к созданию установок активно привлекаем отечественную оборонную промышленность. И, надо сказать, она зарекомендовала себя хорошо.

Что касается создания вычислительной системы, меня лично не очень устраивает то, что планируется в рамках проекта МОNARS. Там четко прослеживается американский денежный вклад, что подразумевает соответственную долю участия в дальнейшем использовании сети. Наша страна в средствах ограничена, и выступать на равных с такими богатыми государствами нам тяжело. Мы всегда привыкли делать вещи изящные, вкладывать интеллект, при сравнительно небольших затратах получать хорошие результаты. Поэтому перед нами стоит непростая задача - как при нашем скромном достатке не отстать от богатых стран. Здесь есть несколько подходов. Во-первых, внедрение наших людей в эту систему, что, собственно, уже произошло: 12 процентов ученых LHC составляют наши ребята.

Во-вторых, коллаборация предоставляет всем одинаковые шаблоны для реализации сети, это тоже меня не очень устраивает. Было бы лучше, если с какого-то уровня была дана свобода людям и, возможно, был бы придуман более эффективный и менее дорогой способ. На самом деле, времени еще много. Поток данных пойдет не раньше 2006 года, и закон Мура, согласно которому информационные технологии обновляются вдвое каждые 18 месяцев, позволяет надеяться, что мы что-нибудь придумаем.

Да. И если уйти в сторону от серьезных вещей, силу оргкомитета я почувствовал во время прогулки на катере. Сама экскурсия, организация банкета - это легко понимается, но как вы смогли обеспечить погоду, я понять не могу!

Мой следующий респондент – доктор Л. А. Севастьянов из Университета Дружбы народов.

В каком состоянии находится университетская наука сегодня? Ведутся ли какие-нибудь исследования?

Сейчас скажу. Плохо скажу, но тем не менее. В отличие от большинства современных университетов наш формировался по какому-то средневековому принципу. В Университете Дружбы народов изучают не только физматнауки, но и химию, медицину, биологию, сельское хозяйство, инженерное дело, юриспруденцию, философию - более 15 специальностей. Говорить о всех исследованиях просто невозможно. Что касается физики, последние 10 лет это полутеоретические прикидки, никакие серьезные задачи не решаются. Распались коллективы из-за недостатка финансирования, наиболее энергичные ушли в бизнес, самые толковые либо занимаются теорией, либо уехали на заработки за рубеж. Большинство пожилых людей чувствует себя неуверенно в новой ситуации, в положении обиженных, невостребованных. Молодых ученых нет, Можно сказать, пребываем в упадке.

Как развивалась ваша компьютерная сеть и есть ли какие-нибудь перспективы?

У нас довольно долго существовал вычислительный центр на кафедре высшей математики, который обслуживал разные факультеты. Когда появились РС, кафедры и факультеты стали обеспечивать себя сами, но в то же время возникла необходимость решать какие-то общезначимые задачи, а значит, надо создавать локальную сеть, Но так как наш университет разбросан по всей территории Москвы, то мы связываемся через Интернет. Чтобы поддержать эту структуру, был создан Центр информации и технологий. По последним сведениям, в ближайшее время будет усиленно формироваться компьютерная инфраструктура.

Здесь сочетаются и системный подход, и неформальные личностные взаимоотношения, которые создают психологическую атмосферу, полезную не только для работающих здесь, но и для дальнейших контактов в совместной работе.

Материал подготовила Галина МЯЛКОВСКАЯ
при содействии оргкомитета конференции