Главная цель проекта COMPAT — поиск новых методов и алгоритмов высокопроизводительных вычислений. Производительность нынешних суперкомпьютеров измеряется в петафлопсах: к примеру, у российского «Ломоносова-2» в НИВЦ МГУ, который занимает 31-ю строчку в ТОП-500 суперкомпьютеров мира, этот показатель составляет около 1,85 петафлопс. Следующим этапом развития суперкомпьютерных вычислений станет переход к величинам следующего порядка; по оптимистичным прогнозам, системы эксафлопсного класса должны появиться в 2018—2020 годах. Поэтому в ходе выполнения проекта COMPAT исследователи планируют разработать алгоритмы, отвечающие требованиям масштабируемости, гибкости, устойчивости и энергоэффективности, необходимых для систем этого уровня.
«Например, одна из серьезных проблем использования высокопроизводительных компьютерных систем в том, что они потребляют слишком много энергии. Если вы посмотрите на спутниковые снимки крупных дата-центров, то увидите, что температура рядом с ними выше. С развитием облачных вычислений и приростом производительности эта проблема будет стоять все более остро, — объясняет руководитель проекта, профессор Амстердамского университета и кафедры высокопроизводительных вычислений Университета ИТМО Алфонс Хукстра. — Мы планируем разработать новые методы и библиотеки, чтобы увеличить выработку и уменьшить затраты на вычисления. Это концептуальная задача, решение которой принесет пользу всему сообществу».
Алфонс Хукстра рассказывает, что в ходе выполнения проекта исследователям из разных стран предстоит работа над многомасштабным моделированием сложных систем. Если такой подход используется при моделировании работы какого-либо органа, то математические модели строятся, начиная с процессов, протекающих в клетках, изменения в веществе основываются на описании поведения молекул и атомов, и так далее.
«Многие страны, в том числе Россия, финансируют строительство термоядерного реактора ИТЭР, и наши партнеры по проекту COMPAT планируют моделировать его работу. Это огромная установка, и чтобы построить модель, им нужно будет начинать с уровня единичных электронов в плазме, — комментирует Алфонс Хукстра. — Многомасштабное моделирование — это не обязательно переход от микро- к макроуровню. К примеру, это могут быть разные скоростные или временные масштабы. Покупатель тратит в магазине немного денег, но в банки поступает гораздо больше; система одна и единицы здесь те же, но уровни — разные».
Научный сотрудник НИИ наукоемких компьютерных технологий Университета ИТМО Андрей Свитенков рассказывает, что в рамках проекта COMPAT специалисты вуза планируют работать над моделированием урбанистических и биологических процессов.
«Мультиагентное моделирование городских процессов — это типичный пример многомасштабного подхода. Есть агенты-люди, какое-то количество задач и параметров взаимодействия, и мы можем расширять модель, если хотим понять динамику района, города, страны. И если мы знаем эту динамику, то можем исследовать что угодно — распространение идей, болезней, денег, — отмечает Андрей Свитенков. — Другой наш проект связан с исследованием сердечно-сосудистых заболеваний. После установки стента в коронарные сосуды может возникнуть такое осложнение, как рестеноз, когда просвет просто зарастает. Многомасштабность здесь в том, что рост клетки артериальной стенки гораздо медленнее, чем кровоток и пульсация сердца; проблема нетипична, но крайне релевантна для многомасштабного моделирования».
Отметим, что финансирование трехлетней программы COMPAT (Computing Patterns for High Performance Multiscale Computing — компьютерные паттерны для высокопроизводительных многомасштабных вычислений) ведется в рамках программы Евросоюза по развитию научных исследований и технологий «Горизонт 2020». Кроме Университета ИТМО, в проекте принимают участие образовательные и исследовательские организации Нидерландов, Великобритании, Германии и Польши. Возглавляет консорциум Амстердамский университет.
Международный проект COMPAT также получил поддержку от российского Министерства образования и науки: ведомство одобрило заявку НИИ наукоемких компьютерных технологий Университета ИТМО на финансирование исследований из средств федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014 — 2020 годы». Проект НИИ НКТ посвящен разработке вычислительных шаблоны для высокопроизводительных многомасштабных вычислений в рамках многостороннего сотрудничества в рамочных программах ЕС.
