“Думающие машины” и U. S. Army
В 1989 г. американское правительство приняло решение о создании армейского научно-исследовательского суперкомпьютерного центра (Army High Performance Computing Research Center, AHPCRC). Не исключено, что основным поводом к принятию данного решения послужили успехи СССР в первые годы перестройки, достигнутые прежде всего благодаря возросшим дотациям на научные исследования в военной области. Хотя в 1989 г. в нашей стране уже наметился определенный экономический спад и было объявлено о крупномасштабных сокращениях в армии, США все же сочли необходимым отреагировать на непредсказуемо меняющуюся ситуацию: как знать - вдруг СССР и правда за 500 дней сможет превратиться в великую капиталистическую империю?
Центр AHPCRC состоит из четырех специализированных отделов: отдел создания средств разработки (компиляторы, отладчики, стандартные библиотеки), с помощью которых поддерживается параллельное выполнение программ и визуализация получаемых результатов; отдел разработки высокоэффективных машинных реализаций алгоритмов моделирования базовых физических, химических и механических процессов; отдел выполнения конкретных проектов с использованием вышеупомянутых средств; отдел совершенствования промышленных технологий и создания новых материалов.
В 1989 г. американская фирма Thinking Machines Corporation (ТМС) поставила AHPCRC свою лучшую модель “мыслящего компьютера” СМ-5 (Connection Machine), предназначенную для крупномасштабной обработки больших массивов разнородной информации. Эта машина состоит из 896 микропроцессоров с общим полем памяти 28 Гб и обладает производительностью 115 Gflops. Компьютеры серии СМ позволили организовать высокоскоростной параллельный анализ информации по специальным алгоритмам, имитирующим человеческое мышление, благодаря чему “мыслящий компьютер” способен самообучаться и находить решение для нечетко поставленных задач. Американские военные работают на СМ-5 уже около восьми лет.
Другая техника, установленная в AHPCRC, - восьмипроцессорный суперкомпьютер Cray Y-MP C90 и высокопроизводительные графические станции Silicon Graphics, предназначенные для создания двух- и трехмерных динамических изображений. Американцы вообще большое внимание уделяют качественной визуализации результатов своих исследований. Если российские ученые привыкли пользоваться 16-цветными двухмерными графиками, то в США ученые советы согласны принимать результаты серьезных исследований только при условии, если они сопровождаются полноценной трехмерной анимацией с “цветностью” 24 бита. И, надо сказать, не зря, так как человеческий мозг значительно эффективнее улавливает скрытые закономерности и находит пути решения различных задач, если исходные данные и результаты экспериментов представлены в максимально наглядном виде.
AHPCRC огромное внимание уделяет решению фундаментальных задач из различных разделов физики, химии и математики. Особый упор делается на физику, так как повышение эффективности практически любого вида оружия и защитных систем неразрывно связано с анализом физических процессов, протекающих при стрельбе, полете, подводном движении и т. д. Самые большие объемы машинного времени на СМ-5 тратятся на решение задач гидро- и аэродинамики. С их помощью удается повышать скорость передвижения и точность приземления (попадания в цель) ракет, анализировать причины и устранять дефекты конструкций (например, эффект разрушающей вибрации в быстро летящих объектах), разрабатывать новые, более безопасные модели парашютов, которые на сегодня обладают довольно высокой вероятностью отказа, особенно при парашютировании десантной боевой техники и т. д.
Выполняет AHPCRC и специализированные заказы различных армейских подразделений. Например, отдел проектирования бронетанковой техники США заключил с AHPCRC контракт на решение такой задачи из области фундаментальной физики, как имитация распределения нагрузки в твердых объектах и моделирование в реальном масштабе времени движения сложносоставных тел с возможностью взаимной деформации (или, говоря проще, имитация обстрела снарядами танковой брони для нахождения оптимальной конструкции бронетанковой техники и наиболее устойчивых к кумулятивным взрывам материалов). Для этого же отдела проводятся исследования по выбору оптимальной конструкции танковых гусениц для достижения их эффективного сцепления с различными видами грунтов.
Еще одно оригинальное исследование AHPCRC - моделирование действий автономного боевого робота в реальной обстановке. Робот составлял план многоэтапного перемещения в среде, изобилующей различными естественными препятствиями (деревья, холмы) с корректным их распознаванием и обходом. Достаточно сложный маршрут был правильно определен роботом за 1/3 с, при этом расчеты производились на СМ с 256 узлами. Авторы данного исследования заявляют, что пока эта работа имеет чисто теоретическое значение.
В настоящее время фирма ТМС прекратила производство компьютеров и полностью сосредоточилась на создании ПО для параллельных компьютеров и кластерных систем. Из продуктов TMC наиболее известен GlobalWorks Software, предназначенный для организации и поддержки сети разнородных компьютеров с параллельной архитектурой, которая способна осуществлять высокоэффективную распределенную обработку информации. В комплект дополнительно входит модуль администрирования и мощные средства создания и отладки программ, выполняемых на параллельных компьютерах.
Другой известный продукт TMC - Darwin. Это средство для “добывания” (Data Mining) полезной информации из очень больших многогигабайтных баз данных. В Darwin заложен ряд эвристических алгоритмов, реализующих достижения искусственного интеллекта в области самообучения, логического вывода и теории нечетких множеств. С помощью этого ПО удается находить скрытые закономерности в огромной информационной “свалке” результатов экспериментов, когда нередко автоматически обнаруживается высокая корреляция между факторами, с первого взгляда совершенно не связанными между собой. На основании неполных экспериментальных данных ученые могут строить собственные модели анализируемого объекта, и Darwin с помощью оригинальных алгоритмов будет пытаться прогнозировать различные тенденции его развития, предсказывать функционирование в средах с неполной информацией об окружающей среде, что немаловажно для оптимизации различных характеристик современного оружия.
В конце 1996 г. руководство U. S. Army приняло решение о модернизации центра AHPCRC. Одной из причин стало прекращение выпуска морально устаревших машин серии СМ. Теперь в AHPCRC планируется установить полностью обновленное оборудование, в основном параллельные компьютеры CRAY. Особое внимание будет уделено совершенствованию ПО. С его помощью американские ученые планируют разрабатывать полностью переносимые, мультиплатформные и мультипроцессорные приложения, не зависящие от конкретных компьютерных
архитектур. Одна из главных ролей здесь отводится упоминавшемуся продукту GlobalWorks Software. С учетом общей тенденции к тесной интеграции всего военного ПО в США, а также тенденции ко все большему развалу в этой области ее бывшего (?) потенциального противника, американская армия имеет в ближайшие годы очень хорошие шансы вывести свою обороно- и атакоспособность на совершенно недосягаемый для “конкурентов” уровень.
В России же над решением задач, связанных с развитием новых военных технологий, думают в основном не компьютеры, а люди. Которые пока еще не уехали в U. S. Army High Performance Computing Research Center.
Адрес AHPCRC: http://www.arc.umn.edu.
Сергей Бобровский
