Поиск - новости науки и техники

Каждый – для всех. Система отечественного суперкомпьютерного образования держится на профессионалах.

Завершен второй год реализации проекта Комиссии при Президенте РФ по модернизации и технологическому развитию экономики России “Создание системы подготовки высококвалифицированных кадров в области суперкомпьютерных технологий и специализированного программного обеспечения” (“Суперкомпьютерное образование”). Все показатели и индикаторы проекта, несмотря на сжатые сроки, отведенные исполнителям работ, были достигнуты, а во многих случаях и перевыполнены. Сегодня можно с уверенностью говорить о том, что в России создается прочная основа для развития системы подготовки высококвалифицированных специалистов в области суперкомпьютерных технологий, сформированы основы инфраструктуры отечественного суперкомпьютерного образования. Подробнее об этом рассказывает член-корреспондент РАН Владимир ВОЕВОДИН:

– Второй год реализации проекта “Суперкомпьютерное образование” (http://hpc-education.ru) получился много более насыщенным, чем первый: и по объему работ, и по количеству задействованных университетов, а самое главное – по числу людей, вовлеченных в эту деятельность. Основа проекта “Суперкомпьютерное образование” – сеть научно-образовательных центров в области суперкомпьютерных технологий (НОЦ СКТ): в каждом федеральном округе на базе университета требовалось создать свой НОЦ СКТ, задача которого – стать центром суперкомпьютерной активности региона. Президентский проект рассчитан на три года. В нынешнем году его финансирование шло по госконтракту в рамках ФЦПРО. Головной исполнитель проекта – МГУ им. М.В.Ломоносова, руководитель работ – ректор МГУ академик РАН Виктор Садовничий. Насколько велика была сумма госконтракта на 2011 год? С одной стороны, большая:
176 млн рублей, с другой – она была распределена на восемь университетов, каждый из которых еще координировал работу множества вузов своего региона.
В рамках выигранного госконтракта МГУ объявил дополнительные конкурсы на исполнение проекта. В результате были выбраны семь вузов-победителей, все они – лидеры в области развития и использования СКТ: НИУ Нижегородский государственный университет им. Н.И.Лобачевского (ПФО), Национальный исследовательский Томский государственный университет (СФО), НИУ Южно-Уральский государственный университет (УФО), Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики (СЗФО), Южный федеральный университет (ЮФО), Дальневосточный федеральный университет (ДВФО), НИУ Московский физико-технический институт (ЦФО).
Все работы по проекту формируют шесть взаимосвязанных задач, которые, в свою очередь, образуют 26 мероприятий.
Напомню, в 2010 году была создана основа системы НОЦ СКТ за счет организации пяти первых центров, в нынешнем году их число увеличилось: к системе существующих центров прибавилось еще три – в Южном, Дальневосточном и Центральном федеральных округах. В ЦФО было решено сделать дополнительный НОЦ СКТ, поскольку на территории округа сконцентрированы большие СКТ-ресурсы, много университетов, молодежи.
На данный момент система научно-образовательных центров суперкомпьютерных технологий России включает восемь НОЦ СКТ, расположенных в семи федеральных округах. Сформирована сильная слаженная команда, все университеты, на базе которых действуют центры, играют главенствующую роль в области СКТ в своем ФО.
Подготовка специалистов начального уровня по суперкомпьютерным технологиям – невероятно сложное мероприятие проекта. План 2011 года – 1500 человек. Полученный результат – более 1800. Программа обучения составила не менее 72 часов, участие в подготовке специалистов приняли все федеральные округа системы НОЦ СКТ России: в программу были вовлечены 45 вузов из 34 городов России. Реализация обучения в разных ФО шла по-разному. Так, например, в НОЦ “СКТ-Центр” мы договаривались с отдельными вузами (таких оказалось восемь), которые хотели приобщиться к программе “Суперкомпьютерное образование” и чьи преподаватели были готовы читать дополнительные курсы. Направленность курсов могла быть разной: силен вуз в инженерном деле или методах решения задач в какой-либо сфере, пусть читают использование СКТ в данной предметной области. Главное – широко представить возможности и перспективы использования суперкомпьютерных технологий. Можно, наверное, было пойти более простым путем: собрать собственных преподавателей – человек 10-15 и таким образом закрыть тему “начального обучения”. Но идея-то была в другом: не рассылать своих людей, а сделать так, чтобы именно на местах находили преподавателей, готовых составить свою программу, которая соответствовала бы специфике вуза, и чтобы потом в этих университетах оставались компетенции, экспертиза, чтобы преподаватели, активно включившись в эту работу, могли продолжить ее и в будущем.
Каждый НОЦ СКТ самостоятельно выбирал путь реализации данного мероприятия проекта. Интересен, например, опыт ЮУрГУ: они сначала пригласили преподавателей вузов региона к себе, провели их подготовку в области СКТ. Вернувшись на места, те развернули обучение специалистов начального уровня по суперкомпьютерным технологиям в своих университетах при дополнительной интернет-поддержке – чтении лекций – со стороны ЮУрГУ. Как видно, методы достижения результата могут быть разные, главное, чтобы решалась общая задача: распространение начальных знаний в области СКТ по всем университетам России.
Кстати, и учебные программы в данном случае везде были самыми разными. Мы не настаивали, чтобы везде было что-то одно конкретное или же равномерное распространение информации по всей области параллельных вычислений. Есть в каком-то вузе сильная команда в определенной научной области, например неф-тегазовой, пусть и учат использованию СКТ в данной области. Например, в Пензенском госуниверситете есть хорошая школа, которая разрабатывает методы электродинамики – области, которая требует серьезных СКТ-расчетов. Вот они и делали программы в этой области. В ННГУ свой акцент – на использование прикладных пакетов… В общем, кто в чем силен. В результате получилось потрясающее разнообразие программ, судите сами: “Основы применения параллельных вычислений на основе Windows2008 HPC, Visual Studio 2011 и Intel Parallel 2011”, “Параллельное программирование и высокопроизводительные вычисления”, “Высокопроизводительные вычисления в прикладном численном моделировании”, “Многопоточные вычисления на основе технологий CUDA и OpenCL”, “Многопоточные вычисления на основе технологий MPI и OpenMP”, “Суперкомпьютерные технологии с использованием прикладных пакетов”, “Суперкомпьютерные технологии для гибридных кластерных систем”, “Параллельные алгоритмы в электродинамике”…
Должен признаться, что направление, связанное с подготовкой специалистов начального уровня по суперкомпьютерным технологиям, больше всего беспокоило всех исполнителей проекта “Суперкомпьютерное образование”. Как же обеспечить подготовку столь большого числа специалистов?! В результате за счет того, что нам удалось так корректно “распараллелить” нашу любимую параллельную область, задействовав всю систему НОЦ СКТ, показатели подготовки специалистов (по этому году) оказались не просто выполнены, но и перевыполнены. Необходимо сказать самые добрые слова о том коллективе, который удалось собрать в рамках этого проекта: все его участники – невероятно преданные, добросовестные, высококвалифицированные люди. Каждый понимает: если он что-то не сделает, его обязанность ляжет на всех остальных… Только благодаря уникальной команде, сложившейся в ходе исполнения проекта, все было выполнено в срок и на исключительно высоком уровне.
Для формирования правил взаимодействия, поддержки работы, определения базовой функциональности был разработан комплект регламентов как для отдельных центров, так и для системы НОЦ СКТ России в целом. В каждом из восьми НОЦ СКТ своя структура: дирекция, совет, принимающий стратегические решения. Почти во всех НОЦ глава совета – ректор: уж коли первое лицо возглавляет эту деятельность, оно позаботится о развитии СКТ-направления в родном вузе. В каждом НОЦ есть Наблюдательный совет, в составе которого представители тех организаций, что работают в регионе и так или иначе хотят заботиться о том, какие выпускники университетов к ним придут. Понимая важность такой активности, они готовы давать вузам свои рекомендации и участвовать в подготовке будущих специалистов.
Следующее очень важное содержательное направление проекта – разработка Сводного перечня (Свода) необходимых знаний и умений (профессиональных компетенций) в области суперкомпьютерных технологий для укрупненных групп специальностей и направлений подготовки. Его начинали делать еще в прошлом году, в нынешнем продолжили, и работа эта еще далека от завершения. Свод можно сравнить с живым организмом: основа его формируется быстро,
но постоянно появляются все новые
методы, технологии, которые необходимо оперативно включать в это профессиональное описание нашей предметной области. Именно Свод позволяет определить уровень СКТ-подготовки. В нем прописаны те знания, понятия, технологии, методы, которыми, с точки зрения нас – профессионалов, должен владеть человек, чтобы свободно ориентироваться и эффективно работать в СКТ-области. На данный момент разработаны документы для двух укрупненных групп специальностей и направлений подготовки: 230000 “Информатика и вычислительная техника” и 090000 “Информационная безопасность”. Вот пять основных разделов верхнего уровня Свода знаний и умений: Математические основы параллельных вычислений; Параллельные вычислительные системы (компьютерные основы); Технологии параллельного программирования (основы программной инженерии); Параллельные алгоритмы решения задач; Параллельные вычисления, большие задачи и конкретные предметные области. Число разделов первых трех уровней Свода знаний и умений – около 200, а базовых понятий Свода – более 400. Его структура согласована с рекомендациями международных профессиональных сообществ: ACM и IEEE Computer Society.
Имея Свод, можно говорить не только о разработке рекомендаций для отдельных направлений и специализаций, но в том числе и о расширении федеральных государственных образовательных стандартов. На основании разработанного Свода уже сформированы предложения по расширению федерального государственного образовательного стандарта третьего поколения по направлениям “Прикладная математика и информатика”, “Математика” для углубленного изучения суперкомпьютерных технологий.
Еще одно мероприятие проекта “Суперкомпьютерное образование” связано с подготовкой книг, учебников и монографий. В ходе исполнения работ была реализована комплексная программа по разработке и экспертизе учебной и учебно-методической литературы в области суперкомпьютерных технологий (бакалавриат+магистратура и магистратура). Для каждого из уровней подготовки на сегодня имеется по 13 (вместо 10 требуемых ТЗ проекта) книг, монографий и учебных пособий по СКТ. Однако не все они будут изданы. Редакционно-издательский совет что-то рекомендует для распространения по всем вузам, что-то просто одобряет: если какой-то из НОЦ СКТ решит самостоятельно издать ту или иную книгу – пожалуйста. Некоторые книги войдут в список тех, что будут изданы за счет проекта “Суперкомпьютерное образование” и бесплатно распространены по университетским библиотекам. Первая такая “пятерка” уже отправлена в вузы. Важно, чтобы эти и остальные книги, созданные в рамках проекта, не были поставлены на полку и забыты, все они должны пойти в работу. Есть идея включить в данную серию книг и англоязычные, для чего потребуется договориться с правообладающими издательствами. Думаю, они смогут пойти на это в рамках ограниченной серии: издать книги в специальном русскоязычном переплете со ссылкой в аннотации на проект “Суперкомпьютерное образование”.
За время выполнения проекта нам удалось выстроить систему СКТ-конференций и молодежных школ. Стоит отметить, что формировалась эта система в течение последних нескольких лет усилиями всего отечественного СКТ-сообщества. Были организованы и проведены международные суперкомпьютерные конференции серий ПаВТ и “Научный сервис в сети Интернет”, конференция “Высокопроизводительные параллельные вычисления на кластерных системах”. На регулярной основе проходят молодежные школы: в апреле в СПбГУ ИТМО, в июле – в МГУ, в августе в МФТИ, в октябре в ННГУ, в декабре – в ТГУ. Всего за нынешний год в подобных мероприятиях приняло участие более тысячи человек. Благодаря тому, что конференции и школы распределены не только во времени, но и в пространстве (они проходят в течение всего года по всей территории России), у тех, кто не успел или не смог принять участие в одном СКТ-мероприятии, всегда есть перспектива попасть на другое.
В каждом НОЦ СКТ организован регулярный научный семинар, посвященный суперкомпьютерной тематике. И опять же все центры самостоятельно выбирали формат его проведения. Например, в МГУ семинар проводится каждые две недели, докладчиками, как правило, выступают пользователи нашего суперкомпьютерного комплекса, темы их выступлений – особенности решения задач в самых разных научных областях. Каждый семинар – это два независимых доклада. Частые гости (и докладчики) семинаров – представители компаний – производителей СКТ-систем. Стоит ли говорить, с каким вниманием слушает их аудитория?!
Особое место в проекте заняло мероприятие, направленное на переподготовку и повышение квалификации профессорско-преподавательского состава для реализации образовательных программ в области СКТ. Показатели, прописанные в госконтракте, были превышены и в данном случае: 72-часовое обучение по 8 программам прошли 166 представителей ППС – сотрудники 43 организаций из 29 городов России (были задействованы все федеральные округа системы НОЦ СКТ). Слушатели – абсолютно мотивированные люди, которые понимают, чего хотят. И снова в каждом НОЦ самостоятельно решали и выбирали параметры исполнения этой работы. В этом-то и заключается сильная сторона отечественной системы НОЦ СКТ: не дублировать, а брать на себя то, где можешь “поднять флаг” – действовать наиболее эффективно.
В рамках проекта исполнителями разработаны новые и расширены существующие учебные курсы, всего было создано 37 курсов, которые покрывают главные разделы Свода знаний и умений в области суперкомпьютерных технологий. Все они прошли учебно-методическую экспертизу и получили заключение Учебно-методического совета по прикладной математике, информатике и информационным технологиям учебно-методических объединений классических университетов. Пользоваться созданным в рамках проекта банком курсов могут все желающие: материалы уже начинают выкладывать в Интернете.
Успешно было выполнено и такое крайне сложное мероприятие проекта, как целевая интенсивная подготовка в области суперкомпьютерных технологий в рамках специальных групп. Речь идет об углубленной подготовке специалистов. По всем НОЦ СКТ было сформировано 18 спецгрупп, 427 человек (в основном студенты старших курсов и аспиранты) прошли обучение по 14 программам.
Не обошли вниманием исполнители проекта и реализацию образовательных программ с активным использованием технологий дистанционного обучения. Пока речь идет лишь о начальной подготовке, но в будущем рассчитываем перейти на следующую ступень. В проекте активно использовались возможности Интернет-университета суперкомпьютерных технологий (http://hpcu.ru). Всего с использованием ДО-технологий прошли обучение более 250 человек из 100 городов России.
Интеграция с наукой, промышленностью и бизнесом – одна из шести основных задач проекта. Мероприятий, связанных с ее реализацией, в проекте было сразу несколько, в частности совместная подготовка и издание очередного научно-методического сборника из серии “Современные суперкомпьютерные технологии в фундаментальных и прикладных исследованиях”. Тематика его материалов самая разная: нефтегазодобыча, молекулярное моделирование, глобальные изменения климата, прогноз погоды, астрономия, аэроакустика, медицина, проектирование спецтехники, производство трикотажных изделий, экономика, моделирование топливных элементов, сейсморазведка, нанотехнологии и наноматериалы, проектирование ядерных реакторов, экология…
Для расширения взаимодействия системы НОЦ СКТ России с РАН, промышленностью, бизнесом было заключено 69 соглашений о сотрудничестве с российскими организациями: все они небезразличны к тому, как готовят специалистов СКТ, и по мере сил готовы влиять на этот процесс. Среди организаций, подтвердивших свою заинтересованность: ИПМ им. М.В.Келдыша РАН, МСЦ РАН, ИВМ РАН, ИСП РАН, ИАП РАН, ИАПУ ДВО РАН, ИХ ДВО РАН, ИММ УрО РАН, ИВТ СО РАН, ИВМ СО РАН, СибГМУ, АлтГУ, ТПУ, ОГУ, МИФИ, МордГУ, СГАУ, МЭИ, ВолГТУ, ОАО “Мегафон”, компания ТЕСИС, ФГУП “ГосНИИАС”, ГУ “Примгидромет”, ЗАО “Альт-Софт”, ООО “Интерсофт”, ООО “Грид-Инжиниринг”, ФГУП “НПП Радиосвязь”, ЗАО “РСК Технологии”, журнал “Суперкомпьютеры”, газета “Поиск”, Intel A/O, IBM Восточная Европа/Азия и многие другие.
В рамках развития совместных образовательных программ с ведущими зарубежными университетами в 2011 году были разработаны три такие программы, заключено 47 соглашений об установлении партнерских отношений в СКТ-области с зарубежными организациями, среди которых: Суперкомпьютерный центр Барселоны (Испания), Компания RougeWave (США), Институт вычислительных наук Университета Хайдельберга (Германия), Университет Айзу (Япония), факультет естественных наук Университета Нови Сад (Сербия), Белорусский государственный университет, Университет Нанси (Франция), Университет Массачусетса (США), Университет Манчестера (Англия), многие другие организации из 22 стран. Если налаживать СКТ-взаимодействие с такими странами, как США, Германия, в силу понятных причин, весьма сложно (но все-таки можно), то в странах бывшего СССР такое внимание со стороны России воспринимается с благодарностью. Этот потенциал надо использовать. Причем в данном случае нет и языкового барьера, который пока активно тормозит развитие международного научно-образовательного сотрудничества.
Для научной и преподавательской деятельности в 2011 году в НОЦ СКТ удалось привлечь более 20 ведущих зарубежных ученых, среди которых: фактически человек №1 в суперкомпьютерном мире, заслуженный профессор Университета Теннесси Джек Донгарра (Jack Dongarra), профессор Университета Амстердама, лауреат российского конкурса приглашенных ведущих ученых Питер М.А. Слот (Peter М.А. Sloot), адъюнкт-профессор Университета Иллинойса Урбана-Кампейн Торстен Хефлер (Torsten Hoefler), адъюнкт-профессор Университета Миннесоты Рочестер, главный исследователь Института по суперкомпьютерным вычислениям штата Миннесота Соса Карлос (Carlos P. Sosa) и другие ученые из 11 стран. Быть в курсе мировой СКТ-активности должен помочь учебно-методический альманах “Суперкомпьютерное образование в мире”, подготовленный в рамках проекта. “Полистать” его страницы, как и узнать больше о созданной системе подготовки высококвалифицированных специалистов в области суперкомпьютерных технологий, можно на сайте http://hpc-education.ru

ПОЛНОСТЬЮ МАТЕРИАЛ СПЕЦВЫПУСКА ДОСТУПЕН В ФОРМАТЕ PDF.

Спецвыпуск подготовила Нина Шаталова

Нет комментариев