МГУ–2017: Научно-исследовательский вычислительный центр

Общие сведения. НИВЦ состоит из 20 научно-исследовательских лабораторий и двух научно-производственных подразделений, численность сотрудников составляет 239 человек. В выполнении научных исследований и разработок заняты 55 научных сотрудников, в т.ч. 1 академик и 3 члена-корреспондента РАН, 26 докторов наук и профессоров, 50 кандидатлв наук. Научно-исследовательские работы поддержаны 23 грантами РФФИ, РНФ и РГНФ. Сотрудники принимают участие в работах по ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014–2020 гг.».

 

Наука. Исследования и разработки по государственному заданию проводились по 14 темам НИР в рамках приоритетных направлений:

1. Фундаментальные проблемы высокопроизводительных вычислений и обработки данных.

2. Фундаментальные проблемы построения систем автоматизации, методология, технология и безопасность крупных информационных систем.

3. Математическое моделирование, методы вычислительной и прикладной математики и их применение к фундаментальным исследованиям в различных областях знаний и нанотехнологиям.

4. Современные компьютерные технологии в обучении.

 

 

Суперкомпьютерный комплекс МГУ является самым мощным в России. Его основу составляют суперкомпьютеры «Ломоносов-2» (2.9 Пфлопс) и «Ломоносов» (1.7 Пфлопс). На суперкомпьютерах работают 2500 пользователей из 20 подразделений МГУ, более 100 институтов РАН, более 100 университетов России. Каждый день в суперкомпьютерном комплексе выполняются около 1000 вычислительно сложных задач, отвечающих всем направлениям Стратегии научно-технологического развития РФ.

В настоящее время проходит модернизация комплекса, направленная на увеличение его общей производительности и акцентированное развитие высокопроизводительных систем учебного назначения.

 

 

Разработанные в НИВЦ информационные системы административного управления МГУ обеспечивают поддержку нового приёма и учебного процесса, учёт педагогической нагрузки, учёт штатного расписания и кадров, документооборот диссертационных советов и аттестационной комиссии, доступ преподавателей и студентов к своим личным кабинетам.

НИВЦ поддерживает работу серверного комплекса обработки данных информационных систем административного управления, созданного в рамках Программы развития МГУ. В настоящий момент комплекс объединяет 28 блейд-серверов, имеет 312 вычислительных ядер, свыше 3 Тб оперативной памяти. Диски объединены в отказоустойчивое общее хранилище NetApp с технологиями кеширования наиболее часто читаемых данных, создания моментальных снимков дисков и возможностью резервного копирования на ленточную библиотеку без остановки предоставления сервисов. Защиту обеспечивают 2 высокопроизводительных аппаратных файрвола Сheckpoint с технологией обнаружения и предотвращения вторжений, работающие в отказоустойчивом кластере. В системе реализовано многократное резервирование блоков питания. Все компоненты системного программного обеспечения имеют сертификаты ФСТЭК. Доступ к расположенным на серверном комплексе информационным системам осуществляется с помощью аппаратных средств идентификации пользователей. В 2017 г. введено в строй новое хранилище данных суммарным объёмом около 30 Тб, состоящее из двух массивов на SSD и SAS дисках. Хранилище поддерживает все современные технологии хранения данных, такие как компрессия «на лету», дедупликация и автоматическое распределение данных между массивами в зависимости от интенсивности их использования.

Разработана система автоматического мониторинга состояния оборудования и сервисов северного комплекса с поддержкой push-уведомлений администратора.

Расширяется спектр технологий, используемых при разработке и интеграции информационных систем административного управления, в частности, активно внедряется система централизованной аутентификации пользователей информационных систем.

 

 

Лаборатория параллельных информационных технологий (зав. чл.-корр. РАН Вл.В. Воеводин). В рамках работ по разработке принципов построения адаптивных систем тонкого мониторинга суперкомпьютеров реализован прототип подобной системы. В зависимости от времени работы исследуемой задачи прототип меняет разрешение по времени выходных данных, описывающих динамические характеристики исследуемой программы. Разрешение (интервал усреднения данных по времени) выбирается таким образом, чтобы можно было анализировать как короткие задачи, так и длинные запуски.

При помощи построенного прототипа было проведено изучение датчиков объёма оперативной памяти, предоставляемых операционной системой, и шаблонов их использования реальными программами.

Было создано средство для анализа трафика InfiniBand. Сделан вывод, что все изменения в характере трафика происходят на таких маленьких временных интервалах (микросекунды), что подробный анализ их средствами систем мониторинга, имеющих разрешение по времени порядка секунд, не реально. Были проведены дополнительные эксперименты по анализу датчиков уровня загрузки процессора в продолжение экспериментов, проведённых на прошлом этапе. В новых экспериментах варьировалось время задержки для имитации реальной нагрузки. Эксперименты подтвердили полученные на прошлом этапе результаты, что при некоторых характерах нагрузки датчики загрузки процессора выдают значения, существенно отличные от ожидаемых.

В результате работ по исследованию аномалий в потоках задач для повышения эффективности работы больших суперкомпьютерных комплексов, разработан метод выделения фрагментов задач для проведения анализа в рамках отдельных запусков. Метод определяет резкие изменения в поведение программы, что позволяет выделять логические этапы её работы. Проведено исследование существующих подходов к анализу и классификации временных рядов с целью оценки их применимости для выделения аномальных фрагментов задач. Разработан метод обнаружения аномальных фрагментов, возникающих в рамках отдельного запуска. Данный метод использует разработанный способ выделения интервалов; для классификации применяется модифицированный алгоритм на основе Random Forest, разработанный на прошлом этапе. Предложен метод классификации задач на основе результатов классификации интервалов. Проведённые работы позволили повысить точность классификации задач с 0.835 до ~0.95. Метод поиска аномального поведения был реализован и апробирован на реальных данных в Суперкомпьютерном комплексе МГУ. Качество работы данного метода было проверено на новых, ещё не классифицированных ранее задачах. В течение 10 дней работы классификатор обнаружил 190 «подозрительных» (т.е. задач, для которых существует обоснованное подозрение, что их эффективность низка) и 64 аномальных задачи, которые затем были проверены вручную. В результате точность классификации составила 0.98 на аномальных и 0.95 на «подозрительных» задачах. Проведён полномасштабный анализ реальных данных, собранных с весны этого года. Суммарно было обнаружено 6000+ аномальных и подозрительных задач, которые был запущены 70+ пользователями суперкомпьютера. Проведено исследование корреляций между поведением различных динамических характеристик.

 

 

Лаборатории информационных систем и информационных систем математических наук (зав. к.ф.-м.н. О.Д. Авраамова), организации и ведения баз данных (зав. к.ф.-м.н. А.Д. Ковалёв), вычислительных методов (зав. д.ф.-м.н. А.В. Смирнов) и компьютерной визуализации (зав. чл.-корр РАН Г.Г. Рябов). Автоматизированная информационная система «Абитуриент» обеспечивала поддержку нового приёма на все факультеты и во все филиалы МГУ, а также в СУНЦ МГУ, в университетскую гимназию и на подготовительное отделение. АИС «Олимпиада» использовалась при поддержке очного тура проводимых МГУ олимпиад школьников. Шифрование работ на централизованных экзаменах и на олимпиадах обеспечивала система «Экзамен», диспетчеризацию потока абитуриентов, направляемых в поликлинику МГУ – АИС «Медосмотр». Работала веб-система формирования и печати заявлений абитуриентов всех факультетов и формирования структурированного файла данных для передачи в АИС «Абитуриент». В 2017 г. были выполнены работы по организации обмена данными с информационными системами Национального центра тестирования при президенте Республики Таджикистан и Государственного экзаменационного центра Республики Азербайджан. Проведена адаптация АИС «Абитуриент» и «Студент» для использования в Университете МГУ–Пекинский политехнический институт в Шэньчжэне.

Разработана и внедрена автоматизированная информационная система «Физлицо», предназначенная для унификации представления данных о студентах, аспирантах и сотрудниках при передаче в АИС «Кампусная карта».

Расширена функциональность системы «Личный кабинет преподавателя», введён в действие модуль «Переводы названий курсовых и дипломных работ».

Заработала система «Личный кабинет студента». В этой системе зарегистрировано свыше 24 тыс. пользователей, число посещений превышает 500 тыс. в год, число просмотров страниц – 2,5 млн. Система «Личный кабинет студента» дружественна к мобильным устройствам.

Проводилась поддержка и обеспечивались консультации пользователей разработанной НИВЦ АИС «Штатное расписание и кадры МГУ». В системе содержится полная информация о бюджетных позициях МГУ, данные 120 подразделений.

В кратчайшие сроки разработана автоматизированная информационная система «ДисСовет», предназначенная для учёта данных соискателей, проходящих через новые диссертационные советы МГУ и аттестационную комиссию МГУ. В системе уже работает около 100 пользователей, большая часть из которых приходится на учёных секретарей новых учёных советов. Дело соискателя в системе проходит через все стадии, включая проверку диссертационным советом, представление к защите, защиту, передачу в аттестационную комиссию, рассмотрение учёным советом и выдачу диплома. Все документы и дипломы печатаются из системы.

Сотрудники лаборатории организации и ведения баз данных регулярно проводили расчёты заработной платы для сотрудников факультетов, институтов и административных служб МГУ.

Развивается ряд инфраструктурных проектов, в частности, система учёта и контроля заявок пользователей, система контроля учётных записей пользователей административных систем в связке с данными АИС «Кадры», система автоматического мониторинга состояния серверного комплекса информационных систем административного управления МГУ.

Исследовались вопросы поддержки эффективного диалога заказчика и исполнителя проектов информационных систем и разработки методов компактной визуализации структур нереляционных баз данных. Получен ряд свидетельств о регистрации баз данных и программного обеспечения информационных систем административного управления МГУ.

 

 

Лаборатория вычислительного эксперимента и моделирования (зав. проф. А.В. Тихонравов). Научная группа под руководством проф. А.В. Тихонравова занимается разработкой алгоритмов решения обратной задачи определения толщин слоёв оптических покрытий, основанных на учёте априорной информации о типах ошибок экспериментальных данных. Для регуляризирующих алгоритмов решения задачи восстановления толщин слоёв оптических покрытий по экспериментальным данным предложены их версии, основанные на методе итеративной регуляризации. Эти методы позволяют достичь значительной экономии вычислительных мощностей при большом количестве определяемых параметров. Выполнено теоретическое исследование и моделирование процедуры самокомпенсации ошибок, обнаруженной для некоторых видов оптических покрытий, в т.ч. поляризаторов.

В рамках тематики, посвящённой изучению природы магнитных полей небесных тел, научной группой под руководством проф. Д.Д. Соколова продолжены работы по исследованию математических моделей солнечного динамо для прогноза солнечной активности. Построены гораздо более подробные модели нелинейного насыщения динамо на основе учёта баланса спиральности. Сформулированы принципиально новые постановки вопроса о роли высших инвариантов спиральности, связанные с новыми идеями о том, как можно ввести плотности этих величин. Предложен новый сценарий образования и развития структур магнитных полей в карликовых галактиках.

Научной группой под руководством вед. специалиста И.В. Кочикова разработан метод анализа пористости атомистических кластеров по координатам атомов и их радиусам Ван-дер-Ваальса. Метод может быть примерен к кластерам тонких плёнок технологических размеров, до 100 нм. Предложен метод визуализации наноразмерных пор в атомистической структуре кластеров тонких плёнок, полученных молекулярно-динамическим моделированием процесса напыления. Визуализация выполнена с использованием программы Visual Molecular Dynamics с помощью построения поверхности постоянной плотности. Разработаны два метода оценки потерь механической энергии, возникающих при прикладывании и последующем снятии внешнего воздействия на материал. Оба метода основаны на молекулярно-динамическом (МД) классическом моделировании.

 

 

Лаборатория вычислительных методов (зав. акад. РАН Е.Е. Тыртышников). Получены результаты: для случая полного гиперсингулярного интегрального уравнения на отрезке, а также для гиперсингулярного интегрального уравнения на замкнутой поверхности, возникающего при решении краевой задачи Неймана для уравнения Лапласа, построены квадратурные формулы, основанные на кусочно-линейных аппроксимациях неизвестной функции. Интеграл в указанных уравнениях понимается в смысле конечного значения по Адамару. Доказана равномерная сходимость квадратурных формул в узлах интерполяции при стремлении к нулю диаметра разбиения. Построена численная схема решения указанных интегральных уравнений на основе предложенных квадратурных формул и метода коллокации. Доказана равномерная сходимость получаемых численных решений к точному при стремлении к нулю диаметра разбиения.

 

 

Лаборатория суперкомпьютерного моделирования природно-климатических процессов (зав. чл.-корр. РАН В.Н. Лыкосов). В 2017 г. продолжены работы по развитию совместно создаваемой с Институтом вычислительной математики (ИВМ) РАН модели Земной системы высокого уровня, которая единственная от России участвует в программе Межправительственной группы экспертов по изменениям климата. Выполнено исследование долгопериодных мод изменчивости циркуляции атмосферы по данным расчёта на 500 лет, проведённого для доиндустриальных условий. Выделены ключевые моды структурной изменчивости приповерхностной температуры и давления, а также циркуляции тропосферы-стратосферы: квазидвухлетние колебания скорости ветра на экваторе и изменчивость циркумполярного вихря; показана близость их характеристик к наблюдаемым параметрам. Предложена и включена в климатическую модель ИВМ РАН вычислительно эффективная модификация одномерной модели гидротермодинамики водоёма. Разработан программный комплекс, позволяющий в автоматическом режиме создавать карту распределения площадей и глубин водоёмов на сетке климатической модели. Создана база траекторий полярных мезоциклонов за зиму 2004 г., содержащая информацию о положении центров мезоциклонов, диаметре, типе облачной спирали, условиях формирования, а также максимальной и средней в области циклона скорости ветра по данным наблюдений скаттерометра QuikSCAT спутника Seawinds. Эти данные использованы для разработки глубокой свёрточной нейронной сети с целью решения задачи бинарной классификации для идентификации мезоциклона на изображении спутниковой мозаики. Создан динамический блок для расчёта течений вязкой несжимаемой жидкости на основе численного решения уравнений Навье-Стокса (DNS-моделирование) на вложенных иерархических сетках. Для его верификации рассматривалось турбулентное течение Куэтта при нейтральной стратификации. Получено хорошее соответствие среднего профиля скорости с результатами DNS-моделирования без использования вложенных сеток и с сопоставимым разрешением в пристеночных областях. Разработан модуль расчёта лагранжевой динамики частиц в DNS-модели для параллельных вычислительных систем на основе использования технологий MPI и OpenMP. В рамках завершённой в 2017 г. внебюджетной темы «Моделирование турбулентности и переноса загрязнений в городской среде» (грант РФФИ), с помощью вихреразрешающей (LES) модели, содержащей блок лагранжева переноса частиц, проведены численные эксперименты по воспроизведению турбулентности и распространения мелкодисперсных примесей в городской среде в условиях периодической последовательности городских каньонов при поперечном направлении среднего ветра. Расчёты проводились для значений числа Рейнольдса Re = 1.2 × 10⁴ и Re = 2 × 10⁷; их результаты сравнивались между собой и с данными лабораторных измерений. Показано, что для воспроизведения структуры течения в каньоне и корректного вычисления концентрации примеси в городской среде необходимо пространственное разрешение модели не менее 40 узлов сетки на ширину «улицы». Установлено, что для данной конфигурации обтекаемых объектов величина числа Рейнольдса не оказывает определяющего влияния на структуру течения и на распространение мелкодисперсной примеси.

 

 

Лаборатория анализа информационных ресурсов (зав. к.ф.-м.н. Б.В. Добров). В 2017 г. были получены следующие результаты:

– разработана технологии мониторинга и анализа данных социальных сетей;

– разработаны лингвистические ресурсы для поддержки анализа текстов в области безопасности.

В лаборатории исследуются вопросы создания и развития компьютерных лингвистических и терминологических ресурсов для автоматической обработки текстов. Развивается тезаурус в формате известного тезауруса WordNet – RuWordNet, исследуются вопросы применения тезауруса РуТез. Данные ресурсы стали основой для создания новых ресурсов для татарского языка: русско-татарского общественно-политического тезауруса и татарского тезауруса в формате WordNet.

Существенной проблемой для развития таких ресурсов является вопрос о том, какие типы словосочетаний нужно вносить в них. Обычно наличие нерегулярности, то есть неподчинение словосочетания каким-либо языковым правилам (синтаксическим, семантическим) как раз и делает необходимым внесение словосочетания в компьютерные словари. Были исследованы косвенные признаки устойчивости словосочетания, которые можно обнаружить при помощи ассоциативных экспериментов с носителями русского языка. В результате сбора ассоциаций к словосочетаниям и их компонентам, было установлено два типа нерегулярности устойчивых словосочетаний: во-первых, устойчивость проявляется в том, что слова-компоненты словосочетания становятся частотными ассоциациями друг к другу; во-вторых, для устойчивого словосочетания характерно относительно малое разнообразие ассоциаций, которое измеряется путём вычисления энтропии, а также малое количество совпадений ассоциаций к словосочетанию и к словам-компонентам. Использование перечисленных признаков нерегулярности позволяет с высокой точностью определить, является ли словосочетание устойчивым и нужно ли включать его в тезаурусы для автоматической обработки текстов.

В 2017 г. развивались лингвистические онтологии в области тематики безопасности (контракт Минобрнауки), в т.ч. разработка тезауруса по исламской тематике (грант РФФИ). Тезаурус по исламской тематике предназначен для компьютерного тематического анализа исламских текстов и включает: основные понятия ислама, различные ветви ислама, мусульманское право, религиозную литературу, суры Корана, запрещённые действия в исламе, исламские здания, культовые объекты, религиозные атрибуты, мусульманский календарь и праздники, исламские финансы, сведения об известных духовных и военных лидерах ислама, исламские ритуалы, виды мусульманской одежды, мусульманское образование, исламские организации и сообщества, общие понятия, существующие в разных религиях, конфликты с другими религиями, география регионов с преимущественно исламским населением и т.д.

Важным направлением работы лаборатории является развитие интегрированных подходов к анализу текстов, использующих как созданные компьютерные ресурсы, так и статистическую информацию. Исследованы методы интеграции лингвистических онтологий в подход вероятностного тематического моделирования. Рассматривалась задача тематического анализа большой текстовой коллекции людьми-экспертами с целью лучшего понимания текущей ситуации и происходящих событий. Таким образом, автоматически порождаемые на основе анализа коллекции темы должны быть связно сформулированы и понятны человеку. Однако текущие подходы к тематическому моделированию работают в основном с отдельными словами, которые иногда трудно интерпретировать. Были исследованы различные подходы к интеграции ресурсов, с целью улучшения связности и понятности порождаемых тем. Для оценки качества подхода была проведена оценка порождаемых тем людьми-экспертами, которые должны были оценить каждую тему по трёхбалльной шкале. В результате был найден способ интеграции ресурсов и статистической информации, который ведёт к улучшению понятности и связности порождаемых статистических тем.

Проблема интеграции словарей и методов машинного обучения была исследована также в задаче автоматического анализа тональности. При решении этой задачи часто используются подходы на основе машинного обучения с учителем, которые требуют создания специально размеченных коллекций. При этом созданные системы зависят от размеченной коллекции в том смысле, что если реально обрабатываемые данные отличаются от размеченных данных, то качество обработки может значительно ухудшаться. Исследованы подходы к использованию информации о тональности слов (описанных как в словарях оценочной лексики, созданных вручную, так и в автоматически построенных словарях оценочной лексики) как специализированных признаков для методов машинного обучения. Показано, что дополнительная словарная информация улучшает качество определения тональности сообщений Твиттера.

Продолжался цикл работ по анализу потоков слово-структурированной информации.

Проведены исследования по тематике построения исторических справок для архива новостных сообщений. Были рассмотрены несколько факторов, которые могут влиять на качество построения аннотаций. Оказалось, что выбор стратегии расширения запроса оказывает наибольшее влияние на качество построения аннотации подобного типа. Учёт временного характера сюжета совместно с учётом структуры новостной статьи также улучшает результаты по заданным метрикам.

В 2017 г. были развернуты работы по семантическому анализу изображений, иллюстрирующих новостные сообщения. Исследован метод ранжирования таких изображений, а именно, выявления изображений, которые с большей вероятностью содержат информацию, дополняющую текстовое сообщение. Введено понятие событийной фотографии, к которой относится изображение, используемое для иллюстрации новости, для которого выполняются следующие требования:

а) изображение соответствует тексту новостной статьи;

б) изображение является фотографией с места событий или могло бы ей быть (подразумевается событие, описываемое в новостной статье).

Разработан метод с использованием переноса обучения результатов Inception v3, когда несколько последних слоёв обученной нейронной сети заменяются специфическим классификатором для исследуемой коллекции изображений. На коллекции из 4114 изображений (из них 3100 событийных), достигнут результат 93,2% средней точности при обучении только по изображениям и 94,7% при использовании текстовой информации.

 

 

Лаборатория вычислительных систем и прикладных технологий программирования (зав. д.ф.-м.н. В.Б. Сулимов). Продолжена разработка технологии применения байесовских сетей для прогноза состояния пациентов по их персональным параметрам. В основе лежат целевые базы данных пациентов, создаваемые для определённого заболевания. Эти базы содержат от нескольких десятков до нескольких сотен клинических, молекулярно-биологических и генетических параметров, и они характеризуются значительной зашумленностью, а иногда – заметным процентом пропусков для некоторых параметров – они известны не для всех пациентов. Для прогнозирования с помощью таких баз данных эффективны вероятностные модели на основе байесовских сетей. Байесовская сеть представляет собой направленный ациклический граф, каждой вершине (узлу) которого сопоставлена одна переменная и таблица условных вероятностей. Переменные, соответствующие узлам сети, представляют собой клинические, молекулярно-биологические и/или генетические параметры пациентов, целевые показатели исследования пациентов, например, состояние пациентов. Ранее в лаборатории была разработана методика прогнозирования на основе байесовских сетей с наивной топологией, в которой каждый узел, соответствующий какому-либо параметру пациента, напрямую связан с узлом, определяющим состояние пациента. Использование таких сетей позволяет осуществлять их оптимизацию даже, если они содержат сотни узлов, однако, при этом предполагается отсутствие влияния переменных друг на друга, для учёта которого необходимо перейти к байесовским сетям общего вида. Разработаны и протестированы суперкомпьютерные программы обучения сетей общего вида, а также разработана программа оптимизации байесовских сетей общего вида, основанная на жадном алгоритме определения мало влияющих переменных. Цель такой оптимизации – нахождение байесовских сетей, имеющих максимальную площадь под ROC-кривой, т.е. имеющих максимальную надежность предсказания, и выявление важнейших прогностических параметров.

Продолжена разработка новых ингибиторов факторов свёртываемости крови Xa и XIa. Цель – разработка нового поколения антикоагулянтов на основе таких ингибиторов. Антикоагулянты, используемые в клинике сейчас, повышают риск кровотечений. При ингибировании факторов Xa и XIa улучшается соотношение между терапевтическим эффектом и риском кровотечений. При этом в настоящее время не существует низкомолекулярных ингибиторов фактора XIa, а недавно появившиеся ингибиторы фактора Xa имеют ограниченную область применений.

Создана методика расчёта определения ингибирующей активности соединения, в которой положение молекулы кандидата в ингибиторы (лиганда) в активном центре белка определяется с помощью программы докинга SOL, а энтальпия связывания уточняется путём применения к найденной позе лиганда недавно разработанного квантово-химического полуэмпирического метода PM7.

Работы выполняются совместно с химиками синтетиками кафедры органического синтеза Воронежского государственного университета, а измерения in vitro проводятся биофизиками ННПЦ ДГОИ им. Д.Рогачева.

 

 

Лаборатория мобильных и встраиваемых программных систем (зав. к.т.н. И.В. Починок). Работа выполнена в рамках первого этапа темы и посвящена вопросам реализации базового Redfish сервера на базе ОС Linux. OCP (проект «Открытые вычисления») – это сообщество компаний, которые сотрудничают в создании новых аппаратных технологий для эффективной поддержки вычислительных инфраструктур. Специальный интерес для работы OСP представляют центры обработки данных (ЦОД). OCP предложило стандарт конструктивов (стоек), предназначенных специально для объединения вычислительных систем в ЦОД. Он предусматривает OpenRack – это первый стандарт для полной интеграции конструктивов в инфраструктуру ЦОД, что соответствует философии OCP «от питания до микросхем» (целостного дизайна ЦОД, который принимает во внимание взаимную зависимость всех компонент, от электропитания ЦОД до микросхем на каждой материнской плате). Масштабируемые вычисления требуют наличия стабильного набора инструментов для удалённого управления вычислительными системами. Поэтому OCP создало спецификацию для управления аппаратными ресурсами в ЦОД. Эта спецификация включает в себя набор известных инструментальных средств и лучших практик для удалённого управления. Протоколы, используемые для управления, включают в себя как давно существующие протоколы (IPMI, DCMI), так и Redfish – недавно разработанную организацией DMTF открытую спецификацию протокола и схему данных для простого, надёжного и защищённого управления современными масштабируемыми аппаратными системами. Инфраструктура Redfish, основанная на концепции RESTful WEB-интерфейса, языке Json и спецификации Odata, помогает пользователям применять существующие инструментальные средства при решении проблем управления и рассматривается как стандартная инфраструктура следующего поколения для управления в открытых вычислительных системах.

Цель работы – исследование вопросов управления в открытых вычислительных системах, построенных на базе современных магистрально-модульных компонентов.

 

 

Лаборатория автоматизации программных вычислительных комплексов (зав. проф. О.Б. Арушанян). Продолжено исследование обратных задач Стефана с неизвестными конвективными коэффициентами. Изучены две постановки соответствующих нелинейных теплофизических моделей с различными видами зависимостей искомых коэффициентов от температуры и от точки области. Особенностью моделей является дополнительная информация о распределении конечной температуры и о положении фазового фронта в конечный момент времени. Обоснованы математические постановки таких моделей в классах Гёльдера в случае однофазных областей с неизвестной движущейся границей. Установлены функциональные пространства, в которых решение в исследуемых постановках обратных задач обладает свойством единственности. Приведены примеры потери свойства единственности при расширении множества допустимых решений.

Выполнен анализ нелинейной эволюционной системы, которая состоит из краевой задачи для параболического уравнения с неизвестным коэффициентом при производной по времени, а также из уравнения, задающего закон изменения по времени искомого коэффициента. Изучены вопросы существования и единственности решения этой параболической системы в классе гладких функций. Дано обоснование метода прямых Ротэ как способа доказательства разрешимости. Получены априорные оценки в сеточно-непрерывных классах Гёльдера для соответствующей нелинейной дифференциально-разностной системы, аппроксимирующей исходную параболическую систему. В качестве приложения рассмотрена задача нелинейной теплофизики, возникающая при изучении систем теплозащиты технических объектов, подвергающихся воздействию высоких температур.

Сформулированы условия устойчивости разностных схем при аппроксимации дробных эволюционных дифференциальных уравнений. Предложен новый метод решения дробных дифференциальных уравнений в функциональных пространствах. Метод опирается на полученное интегральное соотношение и интерпретацию этого интегрального соотношения как явного разностного метода решения классического параболического уравнения. Дана неулучшаемая оценка скорости сходимости метода.

Продолжено развитие ранее предложенного численно-аналитического метода приближённого решения обыкновенных дифференциальных уравнений, в основу которого положено представление решения и его производной в виде частичных сумм смещенных рядов Чебышёва. Полученные результаты доказаны и сформулированы в виде теоремы, являющейся теоретическим обоснованием данного подхода к интегрированию обыкновенных дифференциальных уравнений. В данном методе интегрирование дифференциальных уравнений выполняется посредством многочленов, близких к многочленам наилучшего равномерного приближения. Для дифференциальных уравнений с быстропеременными, в частности, с быстрорастущими решениями и решениями, имеющими колебательный характер, выявлено значительное превосходство метода рядов перед классическими одношаговыми и многошаговыми методами численного интегрирования по таким показателям, как достижимая точность приближённого решения, число выполненных шагов интегрирования, количество обращений к процедуре вычисления правых частей дифференциальных уравнений. Начата работа по созданию для метода рядов Чебышёва комплекса программ на языке Фортран, обладающего различными вычислительными возможностями.

Выполнены работы по изданию научного журнала «Вычислительные методы и программирование», т. 18 (4 номера).

 

 

Лаборатория компьютерной визуализации (зав. чл.-корр. РАН Г.Г. Рябов). Продолжены исследования структуры натуральных чисел на основе композиции инфинитарных структур, бесконечных арифметических прогрессий и глобальных d-арных деревьев. Предложен полуаддитивный канонический вид натурального при заданном опорном модуле d, на основе алгоритма Эвклида. Дано определение 6-арного глобального, ориентированного дерева GT как графа развёртки процесса маркировки вершин последовательностью натуральных. Рассмотрен выбор опорных модулей d для конструкции GT отличных от 6. Введены конструкции, близкие по понятиям к арифметическим прогрессиям – кольцевая прогрессия и квази-прогрессия с переменной разностью d, как результат слияния прогрессий.

Проведены исследования структуры множества натуральных чисел на базе результатов направления бильярдных методов (работы Я.Г. Синая) и с позиций представления в виде дискретной динамической системы (статьи Г.Г. Рябова и В.А. Серова 2015–2017 гг). Введено понятие сингулярности и множества сингулярных кругов. Доказаны свойства множеств пар натуральных в сингулярных кругах и из них выделены множества, состоящие из гольдбаховых пар простых. Представлена общая геометрия вложений сингулярных кругов друг в друга. Предложены конструктивные методы генерации сколь угодно больших сингулярных. Показано, что число сингулярных натуральных бесконечно и сингулярные вершины играют важную роль в индуцировании автоморфизмов кластерного типа в структуре натуральных. Исследована интервальная взаимозависимость расположения простых-близнецов и составных-близнецов.

В 2017 г. успешно завершен проект (грант РФФИ) «Исследования полиморфных свойств генетических пространств, направленные на создание конструктивных методов вычисления характеристик и инвариантов классов эквивалентности в таких пространствах на базе операций символьного процессора».

 

 

Лаборатория математического моделирования (зав. д.ф.-м.н. А.В. Смирнов) продолжает разработку методов расчёта взаимодействия элементарных частиц. В 2017 г. была существенно доработана программа FIRE для вычисления фейнмановских интегралов. Полностью переработана внутренняя структура программы, в результате чего редукция в различных секторах используется различными процессами с использованием отдельных баз данных, что позволяет использовать больший уровень параллезации, а также возможность восстанавливаться после системного сбоя. С использованием улучшенной программы редукции FIRE с помощью метода дифференциальных уравнений аналитически вычислены непланарные трёхпетлевые четырёхточечные безмассовые фейнмановские диаграммы на массовой оболочке, т.е. получены результаты для соответствующих мастер-интегралов, выраженные через гармонические полилогарифмы. Чтобы существенно упростить результаты была решена математическая задача о построении базиса в пространстве этих констант. Для этого использовался набор математических тождеств, в т.ч., следующих из алгебры перетасовок. Построены базисы в случае весов w<=6, причём результаты для w=5 и 6 являются новыми. Построены и сделаны публичными таблицы для сведения любого гончаровского полилогарифма из рассматриваемого множества к элементам базиса. Результаты оказались в согласии с целым рядом математических утверждений и гипотез.

На базе научно-вспомогательного состава лаборатории продолжает работу группа поддержки комплекса информационных систем «Штатное расписание и кадры», «Аспирант», «Выпускник». В 2017 г. была разработана и успешно внедрена новая информационная система «Диссовет», пользователями которой являются учёные секретари новых диссертационных советов МГУ, а также курирующая советы аттестационная комиссия МГУ. По данным информационным системам проводятся такие работы как составление сопутствующей документации, ответы на присылаемые пользователями задания, установка точек удалённого доступа к информационным системам по подразделениям МГУ, консультации.

В 2017 г. было получено 4 свидетельства регистрации программных продуктов, составлена техническая документация АИС «Диссовет» (схема IDEF0, техническое задание), опубликовано методическое издание по использованию АИС «Диссовет».

 

 

Лаборатория автоматизированных лексикографических систем (зав. к.филол.н. О.А. Казакевич). В 2017 г. фундаментальные исследования в рамках общей темы велись по пяти ранее намеченным направлениям и дали следующие результаты.

1. Документация и исследования исчезающих языков (рук. к.филол.н. О.А. Казакевич, исполнители: мл.н.с. М.И. Воронцова, мл.н.с. Ю.Е. Галямина, вед. специалист Е.М. Будянская, специалисты – Т.Б. Багаряцкая, Т.Е. Реутт, В.С. Хоружая, С.Ф. Членова, И.В. Шумарина): на селькупском, кетском и эвенкийском материале проведено исследование изменения структуры грамматических категорий существительного в ситуации языкового сдвига, выявлена утрата каритива в кетском языке с заменой каритивных форм на сочетание инструменталиса с русским предлогом «без», слияние элатива с пролативом в верхне- и нижнетолькинском говорах селькупского языка; мультимедийные корпусы текстов селькупских и кетских говоров пополнены 10 селькупскими и 10 кетскими текстами с морфологической разметкой; запущена (в тестовом режиме) англоязычная версия сайта «Малые языки Сибири: наше культурное наследие».

2. Исследование логических и стилистических факторов в лексической семантике (рук. вед.н.с. Е.Э. Разлогова, исполнитель спец. В.С. Хоружая): уточнены типы возможных соотношений пары «оригинал-перевод», выявлены случаи интерференции, совпадающей с конвенциальными и авторскими фигурами в рамках принимающего языка; на корпусах множественных переводов исследовались случаи «удачного» буквализма.

3. Выбор методов и построение и апробация алгоритмов автоматизированной обработки нестандартных текстов (н.с. А.В. Рафаева): проанализированы результаты автоматизированной обработки текстов и словарей для определения профессиональной деятельности персонажей.

4. Анализ дневниковых текстов (рук. вед.н.с. М.Ю. Михеев, исполнители: специалисты В.П. Зайончковская, В.С. Хоружая, при участии Л.И. Эрлиха): пополнен сайт «Universitas personarum»; существенно пополнена информационная система «Студенты Московского Императорского университета – введено около 4000 анкет; продолжено исследование дневников А.Гладкова.

5. Развитие и пополнение сайта «Поэзия Московского университета: от Ломоносова и до …» (рук. н.с. А.В. Рафаева, исполнители: мл.н.с. М.И. Воронцова, вед. специалист Э.К. Лавошникова, специалисты – С.Ф. Членова, И.В. Шумарина): опубликованы новые авторы; прошла предварительное тестирование и составила новый модуль сайта интерактивная карта «Поэты Московского университета: места, связанные с жизнью и творчеством»; подготовлена база данных поэтов XVIII и начала XIX вв.

 

 

Лаборатория разработки систем автоматизации обработки изображений (зав. проф. А.В. Гончарский). В рамках темы «Разработка методов решения обратных задач диагностики и синтеза в волновых моделях» для решения обратных задач трёхмерной волновой томографии в скалярных моделях была рассмотрена строго математическая постановка коэффициентной обратной задачи волновой томографии относительно двух неизвестных функций, характеризующих скоростной разрез и поглощение. Доказана дифференцируемость и получено явное выражение для производной Фреше функционала невязки относительно этих двух функций. Принципиальным моментом является использование ненулевого граничного условия Неймана в постановке задачи. Для решения обратной задачи используется градиентный итерационный алгоритм минимизации функционала невязки. Для вычисления производной Фреше функционала в рассмотренной математической постановке необходимо знать на границе области неоднородности рассеянное неоднородностью в ходе эксперимента волновое поле u(r,t) и его нормальную производную к границе (граничное условие Неймана). На практике наиболее распространёнными являются датчики, измеряющие только значение волнового поля. С использованием волнового поля, измеренного на границе, значения производной по нормали на границе можно вычислить, решая внешнюю краевую задачу. В такой постановке методы решения трёхмерной коэффициентной обратной задачи для волнового уравнения с учётом поглощения реализованы впервые. На модельных задачах показана эффективность алгоритмов решения обратной задачи. Разработаны алгоритмы, ориентированные на использование CPU- и GPU- суперкомпьютеров.

Разработаны принципиально новые нанооптические элементы, допускающие как визуальный, так и автоматизированный контроль в рамках технологии «дополненной реальности» (Augmented Reality). В основе синтеза новых нанооптических элементов лежит электронно-лучевая технология формирования микрорельефа. Точность формирования микрорельефа составляет порядка 10 нм. С помощью смартфона при малых углах дифракции фотографируется фрагмент оптического защитного элемента. Полученное чёрно-белое изображение рассматривается как виртуальный амплитудный фазовый оптический элемент. С помощью процессора смартфона рассчитывается формируемое оптическим элементом 2D изображение, которое автоматически сравнивается с эталонным изображением. Визуальный контроль подлинности оптического элемента осуществляется при больших углах дифракции. Программное обеспечение для автоматизированного контроля подлинности защитного элемента в рамках технологии «дополненной реальности» (Augmented Reality) разработано на платформе Android 4.0-5.0. Пользовательский интерфейс реализован на языке Java, расчётные алгоритмы реализованы на языке С++. С помощью электронно-лучевого генератора НИВЦ с разрешением 0.1 мкм изготовлены оптические элементы размером 32х40 мм, допускающие как визуальный, так и автоматизированный контроль подлинности защитного элемента с помощью смартфона.

 

 

Лаборатория имитационного моделирования и деловых игр (зав. к.ф.-м.н. А.В. Тимохов). Разработан индивидуальный вариант новой компьютерной деловой игры «Малый бизнес» с использованием усовершенствованной интегрированной среды разработки программных продуктов данного типа. Пользователь выступает в роли руководителя и единоличного собственника небольшого предприятия. Он может принимать разнообразные решения по всем аспектам деятельности предприятия. Это – покупка и списание оборудования, покупка и реализация сырья, текущий объём производства, оплата труда, контроль качества, цена продукции, расходы на рекламу, получение и возврат кредитов, открытие и закрытие депозитов, распределение чистой прибыли предприятия между личным доходом и прибылью на дальнейшее развитие предприятия. На каждом шаге игры пользователь получает от компьютера: управленческую отчётность по всем аспектам деятельности компании, финансовую отчётность в виде бухгалтерского баланса и отчёта о финансовых результатах, общепринятые финансовые показатели (ликвидности, оборачиваемости, рентабельности и др.), упрощённые формы налоговой отчётности (по налогу на прибыль, НДС и налогу на имущество). В качестве критерия эффективности управления (рейтинга игры) выбрана свёртка двух показателей: индекса экономического роста предприятия и индекса личного дохода за весь игровой курс. Пользователю приходится решать здесь классическую экономическую задачу выбора оптимальных пропорций потребления и накопления. Актуальность этой разработки очевидна с учётом того внимания, которое уделяется сейчас развитию малого бизнеса в нашей стране. Программа предназначена для высших и средних учебных заведений, а также для проведения соревновательных мероприятий среди студентов.

Компьютерные деловые игры серии «БИЗНЕС-КУРС», созданные ранее и поддерживаемые лабораторией, продолжали активно использоваться в учебном процессе экономического факультета, факультета государственного управления и Московской школы экономики, а также целого ряда других учебных заведений страны. В 2017 г. на их основе проведено 5 всероссийских студенческих олимпиад в разных регионах России.

 

Учебная работа. Разработаны и прочитаны новые курсы по французскому языку (вед.н.с. Е.Э. Разлогова, для IV курса бакалавриата, для аспирантов).

 

Конференции. 55 сотрудников приняли участие в 101 научной конференции, сделано 177 докладов.

Организованы и проведены:

– международная конференция «Маргиналии– 2017: границы культуры и текста» (29 сент. – 1 окт.);

‒ Международная Летняя Суперкомпьютерная Академия 2017.

 

Персоналии. Мл.н.с. М.И. Варенцов удостоен именной стипендии Русского географического общества; диплома EMS Tromp foundation travel award to young scientists (Solco W. Tromp Foundation); диплома победителя конкурса «Лидер климатического развития» (Департамент природопользования и охраны окружающей среды Москвы).

10 сотрудников стали победителями в общеуниверситетском конкурсе работ, способствующих решению задач Программы развития Московского университета.

 

Публикации. Опубликовано 4 монографии, 8 учебных пособий, 139 статей в научных журналах, в т.ч. 66 в журналах индексируемых в Web of Science и Scopus, 88 тезисов докладов.

Получено 6 свидетельств о регистрации программ.

Издан новый том электронного журнала «Вычислительные методы и программирование. Т. 18».

 

 

Алексеева Л.И., Варенцов М.И., Горбаренко Е.В. и др. Климат Москвы в условиях глобального потепления;

Дышкант Н.Ф., Карасев О.И., Китаев А.Е. и др. Форсайт-исследования развития авиастроения: международная и российская практика;

Кочиков И.В., Курамшина Г.М., Пентин Ю.А. и др. Обратные задачи колебательной спектроскопии;

Кошкарева Н.Б., Кашкин Е.В., Коряков Ю.Б. и др. Диалектологический атлас уральских языков, распространённых на территории Ямало-Ненецкого автономного округа;

Сулимов В.Б., Сулимов А.В. Докинг: Молекулярное моделирование для разработки лекарств.

 

Адрес центра: http://www.srcc.msu.ru/