Стратегия развития супервычислений в МГУ и их место в инновационном образовании и научных исследованиях ректор МГУ академик В.А.Садовничий 26 октября 2007 г.

Московский университет, 1956 г. Производительность: около 2 тыс. оп/с Производительность: около 2 тыс. оп/с ЭВМ Стрела – первая отечественная серийная вычислительная машина ЭВМ Стрела – первая отечественная серийная вычислительная машина

Вычислительная машина «М-20» (1961) ЭВМ БЭСМ-4 (1966) ЭВМ БЭСМ-6 (1968)

Московский университет, 1959 г. Первый в мире компьютер, основанный на троичной системе счисления ЭВМ Сетунь

Московский университет, 1999 год – первый кластер для науки и образования в России

Кластер SCI, 2000 г., 36 CPUs, 18 млрд. оп/с Кластер AQUA, 2002 г., 88 CPUs, 82 млрд. оп/с Кластер LEO, 2003 г., 32 CPUs, 166 млрд. оп/с Кластер ANT,2004 г., 160 CPUs, 704 млрд. оп/с Кластеры Twin г., 96 CPUs,1000 млрд. оп/с Кластер SCI, 2000 г., 36 CPUs, 18 млрд. оп/с Кластер AQUA, 2002 г., 88 CPUs, 82 млрд. оп/с Кластер LEO, 2003 г., 32 CPUs, 166 млрд. оп/с Кластер ANT,2004 г., 160 CPUs, 704 млрд. оп/с Кластеры Twin г., 96 CPUs,1000 млрд. оп/с Суперкомпьютерный комплекс МГУ

Учебный процесс с использованием высокопроизводительного комплекса МГУ Факультеты: механико-математический, ВМиК, физический, биоинженерии и биоинформатики, …

Суперкомпьютерный комплекс МГУ в настоящее время 80 групп пользователей комплекса 11 подразделений МГУ: физфак, химфак, ВМК, мехмат, НИВЦ, НИИЯФ, ФББ, НИИмех, ГАИШ, … Вузы России и институты РАН Направления исследований – магнитная гидродинамика, физика высоких энергий, квантовая химия, моделирование климата, компьютерное моделирование лекарств, нанотехнологии и многое другое.

Исследование генерации магнитного поля в ядре Земли – одним из результатов является объяснение изменений ориентации магнитного поля Земли. Трехмерные нестационарные задачи магнитной гидродинамики

Моделирование климатических изменений Верхняя картинка – распределение вечной мерзлоты на территории России, нижние – прогноз на будущее при двух сценариях воздействия человека на климат

Комплексы трехмерных экологических и градостроительных задач

Развитие турбулентного потока воздуха между зданиями и прогноз экологических последствий

Диагностика площадок под строительство, прокладку коммуникаций и дорог Суперкомпьютерная обработка данных электромагнитного и акустического зондирования для определения скрытых полостей и неоднородностей под поверхностью земли.

Медицинские нанотехнологии Поиск ингибиторов – ключевой этап разработки. Действие лекарства: блокировка ингибитором активного центра белка, пораженного болезнью Разработка нового лекарства требует лет и до $500 млн. Белок ингибитор Суперкомпьютеры и грид-технологии позволяют ускорить разработку лекарств в несколько раз и удешевить в сотни раз

Открыт новый класс ингибиторов тромбина Заявка на патент: 28 июня 2007 ТРОМБИН Активность новых ингибиторов почти на 2 порядка выше, чем у аргатробана – единственного разрешенного к использованию ингибитора тромбина. Разработка длилась всего 1,5 года! На рисунке приведено положение одного из новых ингибиторов в активном центре тромбина

KeenBase - программный комплекс для разработки новых лекарств с использованием грид-технологий

Одно из направлений исследований, требующих огромных ресурсов высокопроизводительных вычислительных систем – это конформационный анализ сложных соединений Пространственная структура одного из конформационных изомеров этиопорфирина меди На основе химической формулы молекулы рассчитывается ее пространственная структура

Огромных ресурсов требуют расчеты методами квантовой химии образования полимерных наноструктур Полимеризация димера трифторацетата серебра в виде плоской ленты – пример предсказания кластерной структуры Ранее такие расчеты были возможны лишь в рамках менее надежных методов молекулярной механики

ТЕОРЕТИКО-ЧИСЛОВЫЕ ЗАДАЧИ, ОРИЕНТИРОВАННЫЕ НА КРИПТОГРАФИЧЕСКИЕ ПРИМЕНЕНИЯ МГУ (Мехмат, НИВЦ) – ИВМ РАН Факторизация больших целых чисел требует решения ОГРОМНЫХ разреженных систем линейных уравнений над конечными полями и компьютеров со сверхтерафлопной производительностью Факторизация: N = p q, где p и q – простые числа N= p= q=

Высокопроизводительные вычисления в геологии и науках о материалах N atoms ВариантыCPU time 111 сек лет лет лет J. Maddox, editorial in Nature … Без использования суперкомпьютеров невозможно предсказать структуру даже простейших кристаллических соединений. Пример: термодинамически стабильной формой углерода является графит, а не алмаз!... Carbon – superhard? (Oganov & Glass, 2006)

Моделирование взаимодействия магмы с грунтовыми водами Совместное решение уравнений нестационарного многофазного течения магмы в канале вулкана и течения воды/пара в пористом пласте. Совместное решение уравнений нестационарного многофазного течения магмы в канале вулкана и течения воды/пара в пористом пласте. Сильно нелинейная задача. Сильно нелинейная задача. Реальные свойства магматического расплава. Реальные свойства магматического расплава. Совместное решение уравнений нестационарного многофазного течения магмы в канале вулкана и течения воды/пара в пористом пласте. Совместное решение уравнений нестационарного многофазного течения магмы в канале вулкана и течения воды/пара в пористом пласте. Сильно нелинейная задача. Сильно нелинейная задача. Реальные свойства магматического расплава. Реальные свойства магматического расплава. Объяснены причины усиления извержения Везувия в 79 г. н.э., уничтожившего города Помпеи и Геркуланум Пористый пласт

Моделирование роста лавовых куполов Расчет Наблюде ния Вулкан Маунт Сент Хеленс Сложная кинетика кристаллизации и дегазации Сложная кинетика кристаллизации и дегазации Нелинейные интегро- дифференциальные уравнения Нелинейные интегро- дифференциальные уравнения

Топливные элементы на основе полимерных электролитов В группе академика А.Р.Хохлова разработаны методы компьютерного атомистического моделирования полимерных мембран для топливных элементов вода/метанол + мобильные ионы Гидрофильные каналы в гидрофобной матрице

Компьютерное моделирование мембран для топливных элементов Наноструктуры Динамика и ионный транспорт Биконтинуальная микрофазно расслоенная структура Траектории миграции ионов Диффузия ионов и растворителя Ионная проводимость Ион-специфический транспорт Электроосмотические эффекты [ П.Г.Халатур и А.Р.Хохлов ]

Ближайшие перспективы развития высокопроизводительных мощностей в Московском университете Суперкомпьютерный комплекс МГУ: 24 Тфлопс – к концу 2007 года, 60 Тфлопс – в начале 2008 года. Компьютерная модель суперкомпьютера на 60 Тфлопс

Обеспечение эффективности использования суперкомпьютерных мощностей МГУ Использование суперкомпьютера МГУ в инновационных образовательных программах Организация общеуниверситетского семинара по использованию новых вычислительных технологий в науке и образовании Развитие организационно-методической инфаструктуры для эффективного использования суперкомпьютерных систем подразделениями МГУ