Вопросы разработки эффективного прикладного программного обеспечения не раз становились темой для обсуждения в рамках российских форумов по высокопроизводительным вычислительным системам, в частности, таких, как ежегодные конференции “Научный сервис в сети Интернет” и “Параллельные вычислительные технологии”.
Современное состояние мирового развития компьютерных технологий в машиностроении характеризуется устойчивой тенденцией растущего разрыва архитектуры специализированного коммерческого прикладного программного обеспечения и архитектуры многопроцессорных многоядерных вычислительных систем. Архитектура многопроцессорных вычислительных систем в настоящее время переживает бурное (революционное) развитие. Два мировых гиганта - производителя микропроцессорной техники INTEL и AMD, соревнуясь между собой, почти каждый год удваивают количество ядер на процессоре, изменяя тем самым архитектуру hardware.
Изменение архитектуры hardware привело к радикальному изменению в технологиях компьютинга. Практически непрерывно происходящие изменения в компьютинге взломали существующий рынок импортного коммерческого прикладного программного обеспечения. Зарубежные компании - производители CAE/CFD (Computer Aided Engineering/Computer Fluid Dynamics) коммерческого прикладного программного обеспечения не в состоянии быстро справиться с настоящими и грядущими проблемами многоядерного мира вычислительных систем. Как следствие, импортное коммерческое прикладное программное обеспечение, в своем большинстве, работает неэффективно и неудовлетворительно масштабируется на многоядерных многопроцессорных вычислительных кластерах.
Это ведет к существенной недогрузке дорогостоящих и быстро стареющих вычислительных мощностей. Можно привести, по крайней мере, две основные причины такого положения дел. Первая - архитектура специализированного коммерческого программного обеспечения (software) является более консервативной по отношению к изменению архитектуры hardware, и ее изменение требует кардинальной переработки структуры программной системы и программного кода. Вторая - современные технологии программирования пока не готовы в полной мере удовлетворить потребности разработчиков прикладного программного обеспечения.
Как правило, зарубежные компании - производители прикладного программного обеспечения - относятся к классу компаний, представляющих собой малый бизнес, и строго ориентированы на конкретные запросы заказчиков. При этом кажется маловероятным, что малый бизнес в современных условиях развития hardware будет инвестировать средства в радикальную переработку архитектуры программного кода. Ситуация на мировом рынке CAE/CFD прикладного программного обеспечения многоцелевого назначения (general purpose code) в настоящее время такова, что некоторые ведущие зарубежные компании-вендоры программного обеспечения, понимая бесперспективность инвестиций в реновацию старых архитектур прикладных программных систем многоцелевого назначения, сворачивают свой бизнес. Таким образом, взломанный рынок импортного коммерческого software характеризуется тем, что потребители вынуждены покупать то, что осталось на рынке, а совсем не то, чего требует производственная необходимость.
В то же время анализ потребностей рынка показывает, что программные пакеты многоцелевого назначения (их развитие пришлось на конец 80-х годов прошлого века) не справляются с решением так называемых экстраординарных задач, которые и определяют конкурентоспособность современного наукоемкого предприятия. Создание конкурентоспособной продукции обеспечивается уникальными прорывными технологиями моделирования и производства. В связи с этим крупные промышленные компании, выпускающие наукоемкую и высокотехнологичную продукцию (автомобилестроение, авиастроение, машиностроение), для решения специализированных экстраординарных задач вынуждены инвестировать средства в разработку собственного (in-house software) специализированного программного обеспечения, которое ориентировано на эффективное использование новых вычислительных архитектур.
Что касается решения рутинных задач и проведения научных исследований 2-го и 3-го ряда с использованием коммерческого программного обеспечения, то успешные зарубежные компании в рамках глобализации экономики идут на аутсорсинг, сбрасывая эту работу в страны с дешевой рабочей силой. При этом компании освобождают своих сотрудников для творческой работы в деле освоения новых рынков создаваемой конкурентоспособной продукции.
Разработка и создание качественно нового прикладного программного обеспечения, ориентированного на эффективное использование многоядерных многопроцессорных вычислительных систем, являются сегодня по-настоящему мировой проблемой в области решения прикладных и фундаментальных научных задач по вычислительному обеспечению прорывных технологий. Необходимость создания качественно нового прикладного программного обеспечения, ориентированного на эффективное использование многоядерных многопроцессорных вычислительных систем, осознана лидерами мирового сообщества специалистов-вычислителей. Так, признанный авторитет в мире в области HPC (High Performance Computing), профессор Джек Донгарра (Jack Dongarra), руководитель департамента Computer Science американского Университета Теннесси (“Поиск” №18-19, 2009), полагает, что в свете происходящей “революции” в архитектуре hardware все прикладное программное обеспечение в ближайшие годы должно подвергнуться реновации. При этом следует отметить, что в настоящее время коллективы разработчиков прикладного программного обеспечения как в российских, так и в большинстве мировых научных центров находятся практически на одной стартовой линии.
Существующее положение дел показывает, что в России отсутствует внутренний рынок специализированного прикладного программного обеспечения. Как следствие, существенные финансовые средства тратятся на закупку лицензий для приобретения импортного прикладного программного обеспечения, которое не может по указанным выше причинам удовлетворить в долгосрочной перспективе российского потребителя.
Рациональным выходом из создавшегося положения могло бы стать формирование федеральной целевой программы по созданию импортозамещающего специализированного программного обеспечения для нужд науки и промышленности России. К формированию этой программы и координации деятельности можно было бы привлечь РФФИ и Координационный совет по инновационной деятельности РАН с целью анализа состояния и организации мероприятий, которые могли бы коммерциализировать накопленный богатый опыт научных коллективов по созданию специализированного прикладного программного обеспечения с российским брендом.
Эти мероприятия в итоге должны быть направлены на формирование необходимого внутреннего рынка качественно нового прикладного программного обеспечения, ориентированного на эффективное использование многоядерных многопроцессорных вычислительных систем тера- и петафлопного класса. Для российских разработчиков это означает редкий шанс занять одно из ведущих положений в мире в секторе создания современного и эффективного прикладного программного обеспечения для детального предсказательного моделирования в научных и инженерных исследованиях.
Николай ШАБРОВ, профессор, зав. кафедрой “Компьютерные технологии в машиностроении” СПбГПУ, эксперт РФФИ