Новини Університету

Професссор кафедры Компьютерной инженерии и инновационных технологий Зайцев Дмитрий Анатольевич в сентябре-декабре 2017 года прошел стажировку в Лаборатории Инновационных Вычислений (ЛИВ) Университа Теннессии, Ноксвил (УТН), США в рамках проекта фонда Фулбрайта. Штат Теннессии входит в так называемый консервативный пояс штатов со сравнительно размеренным образом жизни и преобладанием семейных и Христианских ценностей. ЛИВ имеет тесные связи с Национальной Лабораторий Суперкомпьютеров, расположенной в тридцати милях от Ноксвилла в городе Оак Ридж и оснащенной самым мощным в США суперкомпьютером Титан. Таким образом, если говорить о “сверхмасштабных” (exascale) вычислениях, в соответствии с новейшей  терминологией, штат Теннессии представляет собой центр развития этих передовых технологий, от которых зависят успехи в различных областях наук: физике, химиии, молекулярной биологии, фармацевтии, инженерии. Возглавляет ЛИВ легенда компьютерных наук и  сверхмасштабных вычислений – профессор Джек Донгарра, который входит в программные коммитеты ведущих конференций и экспертные группы как правительственных органиций, так и ведущих компаний производилей вычислительных систем. Количество цитирований разработанных под его руководством пакетов LINPACK и LAPACK превышает десять тысяч, что является рекордным для компьютерных наук. Пакеты, которые продолжают развиваться в настоящее время для новых суперкомпьютеров, предназначены для решения больших систем линейных уравнений. К таким состемам в конечном счёте сводятся многочисленных практические задачи проектирования, физики, биохимии, а также других наук и областей знаний. Кроме того, эти пакеты используются как тестовые для измерения производительности компьютеров от планшетных до мощнейших суперкомпьютеров. Единицей измерения производительности являет “флопс” - количество операций с плавающей точкой в секунду; производительность самых мощных в мире суперкомпьютеров, разработанных в Китае, приближается к сотне петафлопс, где “пета” означает десять в пятнадцатой степени.

Традиционно ЛИВ решает системы приближенно в действительных числах или, как их принято называть в компьютерных науках, числах с плавающей точкой. В последнее время сложилась определенная потребность в точном решении систем в целых числах, а в некоторых случаях, – в целых неотрицательных числах. Такие задачи возникают в приложениях кибербезопасности, в особенности, в криптографии, в искусственном интеллекте, в моделировании дискретных систем и процессов. Опубликованная в 2016 году в журнале Информационные науки статья профессора Зайцева “Последовательная копозиция кланов линейных систем” представила методы, позволяющие ускорить решение линейных систем, в особенности в целых числах. Следует отметить, что импакт-фактор журнала является одним из наивысших для компьютерных наук. Статья привлекла внимание сотрудников ЛИВ, в результате чего профессор Зайцев получил приглашение от профессора Донгарры  для участия в совместном проекте. Проект прошел конкурсный отбор и получил поддержку фонда Фулбрайта.

ЛИВ расположена в центре уютного кампуса УТН и окружена высокими деревьями, создающими общую атмосферу спокойствия и уединения; иногда лишь любопытные белки отвлекают сотрудников, заглядывая в окна с веток. Отношения между сотрудниками лаборатории отличаются дружественным настроем, взаимопомощью, осознанием важности выполняемых проектов. Их работа филигранна и основана на глубоком знании и повседневном применении принципов работы современного вычислительного оборудования и систем программирования. Основной язык программирования – Си; среда  программирования – операционная система Линукс; результат работы – библиотеки программ для решения линейных систем. В распорядке дня лаборатории присутствуют небольшие утренние оперативные совещания с чашками кофе в руках вокруг кофеварки, двухчасовые совещания с телемостами по пятницам и традиционный бесплатный ланч для всех желающих с единственной обязанностью – выслушать последуюющий получасовой доклад. Докладчика выбирают из состава лаборатории либо приглашают из других подразделений УТН и других университов, иногда находящихся в других странах.

Профессор Зайцев выступил в ЛИВ 22 сентября с лекцией “Кланы линейных систем”, посвященной вопросам ускорения процессов решения линейных систем путем композиции их кланов, а также реализации сооответствующего программного обеспечения на современных суперкомпьютерах. В докладе были намечены основные пути реализации проекта и дальнейших перспективных иссследований. Прогресс проекта обсуждался на совещаниях по пятницам, в результате чего наметилось более тесное сотрудничество с содрудниками лаборатории заинтересовавшимися предложенной тематикой и внесшими вклад в ее разработку. В завершение стажировки был разработан опытный образец библиотеки для решения линейных систем в целых неотрицательных числах, производительность которого на вычислительных узлах с 20 ядрами превышает производительность на одноядерных конфигурациях более чем в 18 раз. Благодаря такому ускорению вычислений открылась возможность верификации протоколов работы автопилотов на полномасштабных моделях, представленных на конкурс моделей в Париже.

Фонд Фулбрайта, поддерживая профессиональное совершенствование участноков, стремится развивать деятельность по укреплению взаимопонимания между народами и стимулирует участие в культурных, спортивных мероприятиях, фестивалях и конкурсам. Во время пребывания в Ноксвилле профессор Зайцев посещал фехтовальный клуб университета и стал завсегдатаем Интернационального Дома, который представляет собой отделный корпус УТН, деятельность которого поддерживается студентами волонтёрами, и являетя площадкой для общения студентов и профессоров прибывших в УТН из различных стран. Профессор Зайцев принял участие в днях и фестивалях Филиппин, Франции и других стран, экскурсии в пещеру и подземное озеро, восхождении на гору Ле Конте, концерт современного исполнителя Киши Баши, фестивале латинамериканской культуры, праздничном фестивале-обеде, традиционно предшествующем матчам американского футбола – “таил гейт пати”. Отметим, что футбольный стадион УТН является одним из крупнейших в США, и в дни матчей спокойная и размеренная жизнь города полностью преображается. Из близлежащих и далеких городов приезжают болельщики целыми семьями и фермами, и устраивают небольшие и яркие празднования предваряющие и завершающие матч. В тяжелые для страны времена Ноксвилл прославился своими волонтёрами, которые шли добровольцами и выполняли самые трудные задания. В память о них многие студенты и профессора носят футболки с надписью “Vols”, и главная улица кампуса УТН названа Простект Волонтёров.

Фонд Фулбрайта также обеспечивает возможность узнать другие города Соединенных Штатов, поддержать профессиональные контакты и расширить сотрудничество в масштабах целой страны. На конкурсной основе приглашения от университетов на лекции “фулбрайтовцев” получают поддержку фонда. Профессор Зайцев посетил Нью-Йорк и Ньюарк с приглашенными лекциями при совместной поддержке фонда Фулбрайт и принимающих университетов. Лекция “Вычисления на сетях Слепцова” прошла 10 октября на факультете Компьютерных наук Университета Стоуни Брук. Лекция “Бесконечные сети Петри” прошла 11 октября в Технологическом Университете Нью-Джерси под эгидой секции “Человек, Машина и Кибернетика” Института Инженеров по Электротехнике и Электронике (IEEE SMC). Основной материал лекций опубликован в Энциклопедии Информационных Наук и Технологий в 2017 и 2014 годах соответственно, а также в недавних статьях в ведущих мировых научных журналах, и дополнен новейшими разработками.

Сети Слепцова были предложены выдающимся учёным Украины Анатолием Ильичём Слепцовым в 1988 году. Они представляют собой сети Петри с модифицированным правилом запуска перехода на шаге, так называемым множественным запуском. Такая, на первый взгляд незначительная модификация, позволила разработать современную теорию массово параллельных вычислений, составные части которой и будут предстаавлены на лекции. Основными практическими аспектами являются аппаратная реализация процессора и компьютера сетей Слепцова, а также технология программирования на сетях Слепцова. Преимущество подхода состоит в сохранение естественного параллелизма предметной области при программировании и высокой скорости массово параллельных вычислений.

Бесконечные сети Петри являются абстракцией, которая была предложена при выполнении проекта, поддержанного грантом НАТО, по верификации сложных сетевых протоколов, составляющих основу компьютерной безопасности. Бесконечные сети предназначены для работы в параметрической форме с моделями, описывающими взаимодействие заранее неизвестного числа систем, и получение доказательства безопасности для произвольного числа систем. При выполнении последующих проектов по моделированию вычислительных решёток были обнаружены новые угрозы сетевой безопасности; соответствующие меры противодействия разрабатываются в настоящее время.

В завершении проекта профессор Зайцев выразил благодарность двум странам США и Украине и их правительствам, фонду Фулбрайта, новым друзьям и коллегам, в особенности профессору Джеку Донгарре и сотрудникам ЛИВ, которых Дмитрий Зайцев успел полюбить за время выполнения проекта