Самарский портал "Технологии, компьютеры"

17-18 февраля 2010 года пресс-служба компании Intel организовала пресс-тур для представителей ведущих российских СМИ в филиал корпорации Intel, расположенный неподалеку от города Саров. Программа визита была очень насыщенной – мы познакомились не только с тем, чем занимаются сотрудники Intel в этом центре, но и с тем, как широко и эффективно корпорация сотрудничает с образовательными и научными учреждения города Сарова. Но расскажем обо всем по порядку, а начну – с небольшого исторического отступления.

Честно говоря, в самом городе Сарове мы не были. Почему – поймёте через несколько строк. Да и сам научно-исследовательский центр Intel расположен километрах в 20 от границы города.

В 17 веке возникла Саровская пустынь, так принято называть «уединённую обитель», небольшой монастырь. Название её возникло от реки Саровка. А название самой реки – от финно-угорской основы «сара» – болото, заболоченная река, широко представленной в топонимии Мордовии и соседних территорий (Саранск, реки Инсар, Сарлей и т.д.).

В 1706 году был основан Саровский монастырь. Саровская пустынь почиталась как место, где совершал духовные подвиги преподобный Серафим, Саровский чудотворец. В 1927 г. монастырь был ликвидирован, имущество монастыря вместе со строениями было передано в ведение Нижегородского управления НКВД.

В 1927 г. на базе Саровского монастыря была создана детская коммуна для беспризорников, в 1931 г. закрыта. После неё в посёлке была организована трудовая колония для подростков и взрослых заключённых, которая действовала до конца 1938 г. Рабочий посёлок назывался Саров с 1938 г. В 1939 году небольшой завод, построенный в колонии, был реконструирован в оборонное предприятие, выпускавшее артиллерийские снаряды, с 1943 года – снаряды для ракетных установок «Катюша».

В конце 1945 г. был начат поиск места для размещения секретного объекта, который позже был назван КБ-11. 9 апреля 1946 года посёлок был выбран как место расположения первого советского ядерного центра. В том же году началось строительство секретного научно-экспериментального комплекса, занимавшегося разработкой ядерного оружия. Именно здесь были созданы советские ядерные и водородные бомбы.

С 1992 г. Саров – Российский федеральный ядерный центр - Всероссийский НИИ экспериментальной физики (РФЯЦ-ВНИИЭФ).

День первый. Научная программа

Дарья Кирьянова, управляющая филиалом Intel в саровском технопарке.

О самом центре Intel Саров нам рассказала его директор Дарья Кирьянова.

Она напомнила, что всего в корпорации Intel в 300 офисах по всему миру трудятся 83900 человек. Компания выпускает на рынок боле 450 продуктов и услуг, а в исследования и разработки, проводимые в России, вложено уже больше 800 миллионов долларов. Первый офис Intel в России появился в 1991 году, а вот научно-исследовательские разработки программного обеспечения стартовали именно в Сарове в 1993 году. Один из топ-менеджеров Intel Ричард Вирт в 1991 году по приглашению ВНИИЭФ приехал в Саров, в результате чего возникло обоюдное желание развивать сотрудничество. Сотрудничество шло так успешно, что в 1993 году был подписан уникальный контракт о сотрудничестве иностранной компании с Институтом закрытого города. Естественно, въезд иностранных граждан в Саров крайне сложно организовать, поэтому первый центр научно-исследовательских разработок компании Intel в России был открыт в Нижнем Новгороде в 2000 году. В 2003 году официально был открыт и центр исследований и разработок в Сарове, а в 2004 – ещё три центра в Новосибирске, Санкт-Петербурге и Москве (до этого времени в Москве разработок не велось). В 2007 году саровские разработчики переехали в специальное здание в 20 километрах от Сарова, где и трудятся сегодня.

Всего в России около 1160 сотрудников Intel, 270 – в Москве, 270 – в Новосибирске, 70 – в Санкт-Петербурге, 450 – в Нижнем Новгороде, 100 – в Сарове.

Офис в Сарове – это 3410 кв.м., из которых 1100 кв.м. занимают лаборатории и центр обработки данных. В офисе есть 186 рабочих мест, что говорит о возможности его развития.

Дмитрий Кожаев, технический лидер cаровского сайта Intel.

Дмитрий Кожаев, технический руководитель сайта Intel Саров сделал краткий обзор исследований и разработок в этом центре. Он подчеркнул, что вся работа ведётся в соответствии с традициями и опытом Intel. Один из таких моментов – это работа в виртуальных группах, когда в проекте участвуют сотрудники, разделенные одиннадцатью часовыми поясами. В таком режиме есть свои плюсы: продукт может разрабатываться в России, а тестироваться – в США, тогда получается практически круглосуточная работа. Все условия труда, техническая база и правила работы в офисе не отличаются от офисов Intel по всему миру.

В офисе Intel Саров разрабатываются программные библиотеки, которые разработчики программных продуктов могут скачать и использовать в своей работе. Эти библиотеки отлажены и оптимизированы. Среди них – библиотека для высокопроизводительных вычислений (IPP), библиотека математических функций (MKL) и библиотека для распараллеливания приложений (MPI). Все эти библиотеки работают не только на процессорах Intel: библиотеки вообще не интересуются типом процессора, а опрашивают функции, которые он выполняет.

Второй класс продуктов, которые разрабатываются в этом центре, это инструменты, которые определяют, к примеру, эффективность работы того или иного приложения на параллельных кластерах (Trace Analyser).

Ещё одно направление исследований – это моделирование физических процессов, происходящих в транзисторе и при его производстве.

Герман Воронов, руководитель проекта Intel Cluster Toolkit.

Руководитель проекта Герман Воронов рассказал о программных инструментах для вычислений на кластерных системах Intel Cluster Toolkit.

Он отметил, что эра параллелизма уже наступила. До 2004-2005 гг. производительность процессора и компьютера наращивалась путём увеличения его тактовой частоты. А потом некоторые компании (например, SGI) стали использовать параллельное использование десятков и даже сотен процессоров. После этого пришло время «эры многоядерности», когда в одном процессоре стало появляться по несколько вычислительных ядер. Именно в этом направлении сейчас идёт процесс наращивания производительности вычислительных систем.

Чтобы максимально использовать возможности большого количества процессоров, надо и программировать особым образом. Мало того, для поддержки такого программирования должен быть разработан и специальный инструментарий. Его пока очень мало, поэтому параллельное программирование пока реализуется с очень большими сложностями, во много раз сложнее, чем последовательное. Компания Intel уделяет значительное внимание устранению этих проблем и с этой целью выпустило специальный продукт Intel Cluster Toolkit.

В него входит:

• Intel MPI Library – высокопроизводительная и универсальная реализация MPI-2 стандарта, позволяющая приложениям работать на произвольном сетевом оборудовании (interconnect);
• Intel® Trace Analyzer and Collector – cобытийно-ориентированный сбор трассы приложения с низким влиянием на производительность и графическое отображение процесса выполнения параллельного приложения;
• Intel® Math Kernel Library – высоко-оптимизированная и распараллеленная библиотека математических функций для инженерных и научных приложений;
• Intel® MPI Benchmarks – специальные тесты на производительность для MPI операций, ввод/вывод.

Сергей Сиволгин, руководитель проекта Intel Math Kernel Library (MKL).

Преимущества MKL – это производительность, параллельность, поддержка и дружественный интерфейс.

Области применения Intel® MKL – это физическое моделирование, прогнозирование погоды, проектирование, финансовые расчёты, обработка изображений и сигналов, а также биоинформатика.

Среди пользователей MKL – крупнейшие наукоемкие организации, автопроизводители, нефтедобывающие компании, авиакосмические агенства, банки, финансовые организации, анимационные студии, поставщики инженерного ПО, исследовательские подразделения крупных корпораций и научные институты.

Владимир Дудник, руководитель проекта Intel Intergrated Performance Primitives (IPP).

Владимир Дудник рассказал о развитии проекта IPP – Intel Integrated Performance Primitives.

Intel IPP – это библиотека, которая содержит в себе множество простых функций, которые полезны программистам при написании любых программ. В ней 17 функциональных направлений, в которые входит более десяти тысяч функций, реализованных в 350 Мб кода. Работает с операционными системами Windows, Unix, MacOsX и на архитектурах IA32, Intel64, IA64, Atom. Разрабатывается полностью в России, выпускается два релиза в год плюс внеочередные релизы. Дополнительные релизы выходят в случае выхода новых процессоров Intel, под которые оптимизируется и IPP. Чтобы обеспечить круглосуточную поддержку всех продуктов Intel, группы поддержки расположены в офисах Intel по всему миру и работают в режиме 24х7. Наиболее популярные функции – это обработка одномерных сигналов, обработка двумерных сигналов, приложения для работы с компьютерным зрением, обработка небольших матриц (большие – в MKL).

Вот основные преимущества IPP: в ней есть строительные блоки для широкого круга приложений, где важна производительность; оптимизированные базовые операции, доступность на нескольких платформах, широкий диапазон функциональности, надёжно протестированный код, есть проигрыватели и редакторы изображений.

Примеры кода IPP – более 50 IPP Samples свободно доступны в исходном коде: кодирование видео: MPEG2, MPEG4, H264, VC1, кодирование музыки: MP3, AAC, AC3, JPEG, JPEG-XR and JPEG2000 кодеки, кодирование речи: G722, G723, G726, G728, Deferred Mode Image Processing, компьютерное зрение: Face Detection, трассировка лучей, интерфейсы: Java, C#, .VB, F90, C++.

Интересно, что в октябре 2005 года прошли первые гонки автомобилей без водителей. Их выиграла машина Стенфордского университета, оснащённая процессором Intel Core2 Quad и системами компьютерного зрения на базе ОpenCV и IPP.

Среди пользователей IPP такие известные компании, как Microsoft, Apple, Adobe, Symantec, Philips Medical, Pixar, MathWorks, Envivio, SGI, Thomson, Oracle, Yahoo, SAP, OKI, Google и многие другие.

Борис Воинов, руководитель группы вычислительных методов для моделирования процессов и технологий.

О вычислительных методах для моделирования процессов и технологий рассказал руководитель этой группы Борис Воинов.

Начал он с того, что перечислил направления моделирования процессов и технологий. Среди них – тепловой анализ, анализ механических напряжений, интегрирование компонент, топография поверхности, транзисторы и литография. Группа, занимающаяся таким моделированием – уникальное явление, потому что нигде больше за пределами США такой группы нет.

Термо-механическое моделирование – это по сути дела ответ на вопрос «почему транзисторные структуры не ломаются». Для анализа тепловых и механических напряжений используется трехмерный конечно-элементный метод. Удалось показать его практическую масштабируемость до 100 миллионов узлов расчётной сетки. Накоплена большая библиотека моделей материалов и проведён анализ развития дефектов, усталости и разрушения материалов. Все это делается для того, чтобы заранее знать, как поведёт себя процессор и другие элементы компьютеров при нагревании во время работы. Конечно-элементная модель разбита на 1024 домена для параллельного решения на кластере компьютеров. Важно подчеркнуть, что в России разрабатываются только сами программы моделирования, а расчёты делаются уже в США. Программы написаны настолько хорошо, что для расчётов на сетке с 500 миллионами узлов требуется достаточно компактный кластер из 256 процессоров с 16 гигабайт памяти каждый.

Расчёты механических напряжений оказались настолько удачными, что по этому же методу было решено проводить тепловой и электрический анализ. Он точно так же использует все преимущества разбиения на домены и самосогласованно определяет распределение токов и температуры в образце. По словам г-на Воинова, мощность тепловыделения в современном процессоре такая же, как в ядерном реакторе. Просто области этого колоссального тепловыделения очень небольшие, и программа позволяет их разместить оптимальным образом. Этот код развивается и дальше для решения более сложных физических проблем – миграции дефектов в проводниках, которые определяют время жизни процессоров.

Пресс-конференция, посвященная лабораториям Intel в СарФТИ. Пресс-тур в филиал Intel (Саров). 17-18 февраля 2010 г.

Следующая задача – это моделирование процессов в транзисторе, чтобы он работал так, как мы ожидаем. С помощью программы удается моделировать процессы диффузии в твёрдом теле, рост плёнок и релаксацию напряжений. После отработки всех этих процессов запускается программа физического моделирования всего транзистора.

Есть ещё программа моделирования эволюции трехмерной поверхности, в которой используются все последние достижения в области моделирования процессов травления и осаждения. Моделируется вся сложная поверхностная и объемная химия, а также транспортные модели для ионов и нейтральных компонент. В этих расчётах активно используются параллельные алгоритмы.

Моделируется и литографический процесс. Здесь в программе ведётся точный учёт волновых эффектов и введены реалистические модели источников света. В программе есть интерфейс для работы с точными решениями уравнений Максвелла и многокомпонентной нелинейной диффузии. С помощью этой программы специалисты, занимающиеся литографией, могут пробовать различные материалы фоторезистора, разные источники света и т.п.

Есть наработки и для завтрашнего дня, когда придёт время манипулировать атомами. Для этого потребуется автоматическая генерация кристаллических и аморфных подложек и физически обоснованные модели атомных потенциалов. На атомном уровне можно моделировать процессы осаждения, диффузии, релаксации подложки. По словам г-на Воинова, кремний в качестве основы процессоров продержится только до 2015 года, а потом надо будет использовать другие материалы. Есть материалы с подвижностью носителей заряда лучше, чем у кремния.

День второй. Intel и образование Сарова.