„Хемус“ решава задачи с изкуствен интелект

Преди дни дойде новината, че въведеният наскоро в експлоатация суперкомпютър „Хемус“, изграден по проект „Център за върхови постижения по информатика и ИКТ“, е класиран на 360-о място сред 500-те най-мощни конфигурации в света.

„Това е истинско бижу – толкова модерен, а в същото време толкова компактен и елегантен – казва за „Хемус“ проф. Анета Караиванова от Института по информационни и комуникационни технологии към БАН. – Освен това е и много икономичен. При нас е малко повече от месец, но веднага беше натоварен. Заявките от желаещите да го ползват, се подават дистанционно. Системата за управление на задачите следи натоварването. Знае се на колко процесора каква задача може да се стартира. Потребителите са разделени в групи по научни тематики.“

Суперкомпютърът „Дискавърър“ в „София Тех парк“ е базиран на централни процесори и няма ускорители. Той е по-мощен и е предназначен за използване на определени софтуерни пакети. Изборът на архитектурата на „Хемус“ е базиран от нуждите на научната общност. В него реално има две подсистеми – едната има 128 сървъра с по 8 графични карти, които действат като ускорители. Те са изключително подходящи за задачи от областта на изкуствения интелект и дават основната производителност. Другата система е с централни процесори, без ускорители и е подходяща за по-класически приложения, например базирани на климатичните модели.

„Може много да се говори за научната инфраструктура – казва проф. Караиванова. – От години повтарям, че в момента всеки може да си купи качествена инфраструктура. Но за да бъдеш дълго време на много високо ниво, се изискват не само експертиза, не само мотивация, не само много знания, а и много труд и последователност. Това е маратонско бягане.“

Според нея не се разбира напълно, че не е достатъчно само да се изгради дадена научна инфраструктура, а тя трябва да се поддържа по най-добрия начин и хората трябва да са обучени да работят ефективно с нея. Трябва да се конфигурира така, че да е удобна за ползване от всички. Трудът, който се влага за управление и развитие, за обучение и консултации, е сравним с всички консумативи, необходими за работата и за които обикновено се говори. Често се изпускат човешкият елемент и необходимостта от изключително добър екип. Хората обичат да слушат за успешни приложения и резултати, които са лесно разбираеми – свързани с климатология, опазване на околната среда, лекарствен дизайн, био­информатика. Тези изследвания, разбира се, са много необходими. Учените, които правят компютърни експерименти в тези области, работят със софтуерни пакети, каквито се използват в цял свят. Тук въпросът е изследователите да подберат подходящите данни, да формулират правилните хипотези, да извършат качествен анализ и в крайна сметка да получат значими резултати.

В ИИКТ от години се занимават със суперкомпютърни пресмятания и винаги е имало инфраструктура, която предоставя достъп на всички учени в страната. За достъпа до оборудването има прозрачни правила. Регулярно се правят и проучвания сред потребителите. Около 50% от тях използват готов софтуер, 25% използват комбинация от софтуерни пакети и собствени програми и останалите 25% изцяло разработват сами софт­уера, със собствени алгоритми. Това означава, че трябва да се поддържат актуалните версии на всички софтуерни продукти, които се използват, и че обновяването и развитието трябва да се съобразят с очакванията на потребителите – дали искат облачни пресмятания, дали искат да съхраняват много данни за дълъг период.

„За да има добри резултати, се изискват обучение и работа с потребителите от страна на нашия екип – подчертава проф. Караиванова. – Сега се говори за европейс­ки облак за отворена наука, за отворени изследователски данни и т.н. За да бъдат те наистина лесни за намиране, да са достъпни, оперативно съвместими и да могат да се използват многократно, трябва да бъдат съхранявани в съответствие с определени стандарти. Това означава хранилищата да са организирани по определен начин, данните да са записани по определен начин. В момента има 300 стандарта, въпросът е човек да ги знае – какви са, къде са, как да бъдат намерени.“

Проф. Караиванова работи в момента по три проекта, в които се осъществява синергия между различните дейности. Консорциум от 9 научни институции – 5 висши училища и 4 института, е организиран в Национален център за високопроизводителни и разпределени пресмятания, обект на Националната пътна карта за научна инфраструктура. Тези 9 организации са доставчици на ресурси и услуги. Проектът се занимава с оперативното управление на съществуващата изчислителна инфраструктура. В рамките на Центъра се развиват и облачните услуги. Защото в зависимост от това как се подхожда към него, един и същи хардуер може да бъде използван директно като високопроизводителна машина, а може да се влезе в облака или в мрежа. Това се определя от нивото софтуер, който се използва.

„Проектите по ОПНОИР изградиха нов тип инфраструктура – обяснява проф. Караиванова. – При нас, в ИИКТ, който координира Центъра за върхови постижения по информатика и ИКТ, е изграден уникален комплекс за дигитална трансформация и високопроизводителни пресмятания с 4 различни нива на оборудване. Те включват лаборатория за 3D дигитализация и микроструктурен анализ, система за съхранение на данни с капацитет 6,72 петабайта, 7 лаборатории за подготовката на приложения и разбира се, суперкомпютъра „Хемус“ с производителност над 3 петафлопа (3х1015 операции с плаваща запетая в секунда). Достъпът до това оборудване се извършва по правила, определени от Оперативната програма.“
По европейския проект „Национални центрове за компетентност в рамките на ЕuroHPC JU“ (EuroCC1/2) се изграждат центрове за компетентност в 32 държави – членки на ЕС и асоциирани към Общността страни. Те се занимават с това да картотекират наличните компетентности в отделните държави и да предоставят услуги основно за индустрията, но и за публичната администрация – така разширяват своята сфера на дейност. С индустрията нещата стават по-бавно и там са необходими специални усилия. Обикновено никой не иска да ползва само техниката. Търсят се консултация, допълнителна разработка, иновация, така че работата всъщност е от полза и за двете страни. Много пъти задача, поставена от индустрията, води до значими и интересни резултати – теоретични и приложни, и за изследователите.

„Най-голямата полза от този европейски проект е структурирането на компетентностите и експертизата в областта на високопроизводителните пресмятания във всяка страна и сътрудничеството между отделните страни – коментира проф. Караиванова. – Има съвместни обучения, обмен на добри практики, политики, обучителни материали, софтуерни продукти, и т.н. Всеки партньор има различни силни страни и достижения, които, като цяло, допринасят за развитието на технологиите във всяка страна. За всяко откритие, за всяка иновация трябва подходяща среда, иначе няма как да стане. Защо в България има толкова много добри ИТ специалисти? Ами защото отдавна се работи в тази област и се създаде съответната култура. Поколения са израснали с компютрите. Първият български компютър „Витоша“ се появи през 60-те години на миналия век. България произвеждаше изчислителна техника. Паралелните системи ги използваме от 90-те години. Това са системи, в които работата се разпределя на много подзадачи, които се изпълняват едновременно върху различни процесорни ядра.“

Има моменти, когато определени задачи получават приоритетен достъп до високопроизводителните ресурси – така се случва и по време на ковид пандемията например. Тогава достъпът до суперкомпютъра „Авитохол“ е предоставен приоритетно за научни изследвания, свързани с вируса. Когато се появи такава задача, другите остават на заден план (т.е. чакат на „опашка“). С предимство са изследователите, които работят върху задачи, свързани с пандемията, включително върху разработката на ваксини. Но идват и представители на фирми, за които работата със суперкомпютър е нещо ново. И специалистите от Института с готовност им помагат. Наложените от пандемията ограничения стимулират онлайн консултациите, което се оказва сполучлива форма на работа и тя продължава да се прилага и сега.
„И Софийска община е искала приоритетен достъп. Например преди няколко години имаше проб­лем със замърсяването на въздуха и се налагаше обработките на данните да се правят с голяма точност – припомня проф. Караиванова. – Половината капацитет на суперкомпютъра трябваше да е свободен, за да се пускат изследвания два пъти на ден. Но винаги когато е имало важен обществен проблем, ние сме откликвали.

И не само с предоставяне на достъп, а и с цялата експертиза, с която разполагаме.“
„Авитохол“ продължава да работи с пълен капацитет, въпреки че с появата на ново оборудване се е очаквало да се намали натоварването. Той е подходящ за облачни пресмятания и е свързан с европейския облак за отворена наука.

А „Хемус“ тепърва ще се натоварва. Какво още липсва?
„Оборудване за квантовите прес­мятания – уточнява проф. Караиванова. – Отдавна искаме поне квантов симулатор – квантовите компютри са много скъпи. Трябва да подготвим учените, за да използваме възможностите и на тези технологии.“

Майсторството е да създадеш собствен софтуер

Има много теоретични резултати, за които не се работи с готов софтуер, или поне не изцяло. Учените създават собствен софтуер по оригинални, разработени от тях, алгоритми, реализиращи значими теоретични резултати.
„Теорията на числата се занимава с конструкции от числа, специални редици, със специални свойства и т.н. – разказва проф. Караиванова. – В някакъв момент се вижда, че тези редици със специални свойства са много подходящи за финансовата математика. Това става през 90-те години на XX век. Започват да се правят нови алгоритми за този тип редици. В България (в нашия институт) има много силна подобна група и разработените при нас генератори се използват в цял свят.
Друга изцяло теоретична и суховата дисциплина е търсенето на прости числа, или разлагането на число на прости множители. Човек ще си каже: кому е нужно това? А това са много тежки за изчисляване задачи, с важно приложение в областта на кодирането, които часове наред вървят на суперкомпютъра. Защото, колкото по-голямо просто число намерите, толкова по-добри кодове ще може да използвате, толкова по-голяма сигурност ще може да заложите. Т.е. има резултати, които не са атрактивни за широката общественост, но са много красиви и от тях има страшно голяма полза.“

Свързани статии:

Гущер дълголетник България си върна съкровища „Развиват“ мумията на Аменхотеп Сърцето на Млечния път