ПРОЕКТ ШТЕЙНБЕРГА

Первый суперкомпьютер был собран в Америке еще в 1964 году. С тех пор как отечественные, так и зарубежные ученые не перестают работать над созданием новых «суперов».

– Проблема в том, что для таких компьютеров сложно писать программы, – говорит доктор технических наук, профессор, руководитель студенческой группы ОРС (открытая распараллеливающая система) механико-математического факультета ЮФУ Борис ШТЕЙНБЕРГ.

Автоматизация преобразования последовательных (традиционных) программ в параллельные – то, чем занимается группа Штейнберга. За свои разработки она была удостоена гранта Союзного Российско-Белорусского государства, а в конце прошлого года получила грант в рамках национального проекта «Образование».

БОЛЬШЕ ПИКСЕЛЕЙ, СЫНОК!

Чтобы непосвященному было понятно, о чем идет речь, без сравнений не обойтись. Итак, представьте два ящика, в одном из которых находятся разные инструменты. Любой может его открыть, брать инструменты, пополнять новыми. Если ящик переполняется, инструменты автоматически попадают в другой или другие (соседних ящиков может быть и больше) и из каждого так же можно достать необходимый инструмент. В суперкомпьютерах вместо ящиков – процессоры, где содержится разного рода информация. Но, чтобы она попадала из одного в другой, и необходима распараллеливающая система. Строится она на основе параллельных вычислений, позволяющих процессорам выполнять множество операций одновременно. Такие компьютеры используются там, где нужны большие объемы вычислений.

– Только сейчас человечество подходит к массовому использованию распознавания образов, – говорит Борис Яковлевич. – Распознавание – главная составляющая искусственного интеллекта, тех же роботов. Человек может легко, даже в темноте, отличить женское лицо от мужского. Чтобы эту задачу выполнил компьютер, программист должен сформулировать алгоритм. Это очень сложная задача. Или более простая, имеющая прикладное значение – отличие качественных продуктов от некачественных. Поставить робота у конвейера, и он три смены в сутки, включая выходные, будет сортировать овощи и фрукты. Но, чтобы на это его «настроили», требуется большой объем вычислений. Чем больше пикселей в реальном времени робот успеет обработать, тем качественнее будет его работа. Не говоря уже об использовании таких компьютеров в управлении сложными объектами: атомными станциями, самолетами, кораблями.

КАК ЕЩЕ УЧИТЬ СТУДЕНТОВ?

Когда семь лет назад Б. Я. Штейнберг собрал группу для работы над проектом открытой распараллеливающей системы, один из студентов, услышав, что первые результаты могут появиться года через три, схватился за голову: «Если бы я знал, что на это уйдет столько лет, я бы за это дело не взялся!» Взялся. Уж слишком заманчивой была идея.

Проект Штейнберга многогранен – он имеет как исследовательский, так и учебный характер. А как учить системщиков?

Только слушая лекции, нельзя научиться плавать. Так же – и с программированием. Более того, программирование так быстро меняется, что специалистами могут считаться только самоучки, которые постоянно повышают свою квалификацию. Группа ОРС (www.rsu.ru) – это и есть та среда, в которой в общении при решении амбициозных задач могут формироваться программисты высокого уровня.

– А как учились мастера кисти у Леонардо да Винчи? – говорит профессор. – Сначала ходили в помощниках: разводили краски, грунтовали холсты, стояли рядом с мэтром и смотрели, как он работает. Сейчас у студентов группы есть возможность учиться у асов компьютерного программирования.

Опыт программирования есть и у Бориса Яковлевича, но, он, в первую очередь, был и остается математиком. Без математических задач – нет программ. Задач много. Самому профессору проверять их физически невозможно. Это делают студенты. Программы соединяются друг с другом, и, если один студент не доведет свою «до ума», программа другого работать не будет. С одной стороны, это своеобразное тестирование, с другой – решая задачи, ребята учатся работать друг с другом.

– Не все, даже хорошие программисты, могут работать коллективно, – говорит Борис Яковлевич. – А для промышленного производства программ работать в группе очень важно. – Это как в симфоническом оркестре, чтобы в целом блестяще исполнить музыкальное произведение, каждый из оркестрантов должен хорошо знать свою партию. Только в «игре» нашего «оркестра» участвует одновременно много процессоров. При этом они могут быть разными, как скрипка и виолончель. А наша программа должна «разбить» поставленную им задачу на частные подзадачи, которые процессорам (с учетом их разности) будут розданы. Проблема в том, что не всякая программа хорошо «разбивается». У каждого процессора она своя. Иногда в работу загружены все процессоры, а иногда – только часть из них, и просто невозможно «разбить» программу на одновременно выполняемые части. Увы, математика еще отстает от потребностей познания распараллеливания. Здесь как раз уместно сравнение с «Прощальной» симфонией Гайдна, когда вначале ее исполняют все музыканты, затем, постепенно, один за другим, покидают оркестр. В параллельных вычислениях этот образ получил название «эффект Гайдна».

-Какие наиболее сложные моменты в работе?

– Те, которые мы еще не понимаем.

– А достижения?

– Главное – квалификация участников проекта. Если код мы сможем переписать или, даже, выбросить, заменить ребят будет трудно. Они уже выросли, многое понимают и набираются новых знаний. А завершенной науки о параллельных вычислениях нет. Из-за жесткой конкуренции изобретаются новые архитектуры компьютеров, которые требуют новых методов параллельного программирования. Сегодня в обороне – точно попасть в цель уже не проблема. Вопрос в том, кто первым заметит эту цель. А для того, чтобы заметить раньше, нужны, опять же, большие объемы вычислений, а значит, совершенные программы.

По быстродействию суперкомпьютеров у нас от Запада стратегическое отставание. Тот же «Пентиум» собрал «у них» бывший «наш» – сотрудник Института точной механики и вычислительной техники Российской академии наук Пентковский. А сегодня «интелловские» процессоры разрабатывает в Москве профессор Бабаян.

Раньше мы гордились интеллектуальным потенциалом, потом его недооценивали, а сейчас, при новых понятиях, с трудом соединяем интеллект с менеджментом. Советская математическая школа еще держится, а толковых менеджеров, которые могли бы продвигать идеи, развернуть на весь мир торговлю, как «Microsoft», у нас нет. Вот и работает Бабаян на «Intel»…

– А вам идеи продвигать удается?

– Мы не «Microsoft», мы пока только учимся, мы – исследователи. Стараемся разрабатывать новые, более совершенные программы, методы автоматизации программирования. У нас есть определенные наработки в обучающих системах параллельного программирования. Возможно, будем работать, опять же, с «Intel». Компания выпускает параллельные компьютеры, но, чтобы их покупали, программисты должны уметь «выжимать» из них быстродействие. А этому их надо учить.

«СОБИРАЙ УЧЕНИКОВ...»

За разработку обучающих систем параллельного программирования группа Штейнберга в рамках национального проекта «Образование» получила грант. За счет грантов профессор смог привлечь «звезд» ростовского программирования. Один пример – Сергей Демин. Его компиллятор еще в советские времена занял 1-е место на Всесоюзном конкурсе компилляторов языка «Forth». У таких системщиков учатся сегодня студенты. Среди них – пятикурсник В. Шаповалов. Защитив диплом бакалавра, он поступил на 1-й курс магистратуры.

В группе Василий больше двух лет, пишет часть внутреннего представления ОРС и некоторые преобразования программ.

– Программа ОРС собирается в Интернете, поэтому большую часть мы находимся там, – рассказывает Василий. – А встречаемся вместе на еженедельных семинарах, где обсуждаем работу.

Как-то друг Бориса Яковлевича сказал: «Хочешь провести семинар на интересующую тебя тему – собирай учеников». Ему и собирать их не надо. У него, можно сказать, своя «Силиконовая долина». За семь лет реализации проекта многие студенты из группы успели защитить не только диплом, но и получить степень кандидатов математических наук. Денис Макашенко работает в «Intel» и учится в аспирантуре, Мария Напрасникова-Архипова работала в Москве в Институте системного программирования РАН, сейчас – в одной из крупных фирм. Многие стали ведущими программистами в государственных и коммерческих структурах. Виктор Петренко – программист ООО «Программные системы». Виктор и сегодня – «сердце» группы. Остались в проекте А. Шульженко, З. Нисс, Д. Черданцев... Сейчас вместе со студентами они принимают участие в таком экспериментальном направлении, как автоматическое проектирование электронных схем. На базе распараллеливающих систем группа Штейнберга работает с Таганрогским технологическим институтом ЮФУ. Есть предложения к сотрудничеству от отечественных и зарубежных компаний. Благодаря новым разработкам студенческой группы Штейнберга Южный федеральный университет может заключать хоздоговора, что лишний раз подчеркивает актуальность проекта. Так что держитесь, западные системщики, наши вам еще покажут!..