Инфраструктура экстренных вычислений

Предотвращение наводнений

Анализ криминальных угроз

Распространение эпидемий

НАПРАВЛЕНИЯ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ


Деятельность Лаборатории (ACL) в целом направлена на диверсификацию научно-образовательного процесса в НИУ ИТМО в форме решения конкретных научно-технических задач и проведения исследований в соответствии с мировым уровнем развития науки для активизации учебной и научно-практической деятельности магистров, бакалавров, аспирантов и докторантов, а также повышения ее эффективности.

Квинтэссенцией научной деятельности ACL является развитие суперкомпьютерных технологий нового поколения для поддержки принятия решений в различных критических ситуациях. Технологически это направление опирается на парадигму экстренных вычислений. В настоящее время понятие «экстренные вычисления» (UC) не имеет однозначной трактовки; его интерпретация зависит от направленности работ той или иной научной группы. Традиционно UC используются для решения задач, высокая вычислительная сложность которых совмещается с жестко заданным сроком (срочностью) и критичностью (важностью, высоким приоритетом) полученного результата. Как следствие, парадигма UC рассматривает процесс применения высокопроизводительных вычислений в целях компьютерного моделирования для поддержки принятия решений в экстремальных ситуациях в условиях ограниченного времени. Основная задача UC состоит в том, чтобы динамически формировать и контролировать пул ресурсов (данных, прикладных пакетов, вычислительных мощностей) в распределенной среде, достаточный для решения задачи пользователя (в форме задаваемого им сценария) в течение заданного времени. Управление данными ресурсами осуществляется низкоуровневыми средствами UC без участия пользователя; после завершения задачи используемые ресурсы освобождаются автоматически.

В настоящее время, несмотря на прозрачность идеологии UC и актуальность данного направления для практики, по-видимому, не существует общего методологического подхода к проектированию и разработке систем раннего предупреждения (EWS, Early Warning System), реализующих принципы UC. Это обусловлено тем, что в отличие от традиционных «больших» задач суперкомпьютерного моделирования, для которых принципиальной проблемой является отображение вычислительного алгоритма на архитектуру суперЭВМ, задачи UC требуют учета гораздо большего числа факторов. Они включают в себя неоднородность и изменчивость характеристик вычислительной среды, а также разнообразие используемых алгоритмов и прикладных пакетов для решения мультидисциплинарных задач (что свойственно современным системам поддержки принятия решений). Потому в настоящее время разрабатываются узкоспециализированные образцы EWS, ориентированные на специфические проблемы (часто – с жесткой региональной привязкой), например, предотвращение лесных пожаров, последствий торнадо или наводнений.

В противоположность этому одна из основных целей научной деятельности ACL – развитие методологии UC, воплощаемой в виртуальной лаборатории экстренных вычислений (VLUC). VLUC представляет собой программно-аппаратный комплекс (ПАК) – проблемно-ориентированную инструментальную среду для проектирования, разработки, отладки и поддержки функционирования EWS для предотвращения различных классов критических ситуаций. Для достижения этой цели необходимо решить, как минимум, две задачи – разработать собственно ПАК VLUC и продемонстрировать его работоспособность и эффективность на демонстрационных приложениях (killer applications) – реальных EWS в различных предметных областях. При этом критерием успешности является реалистичность демонстрационных EWS, которые по совокупности характеристик представляют собой системы нового поколения по отношению к используемым аналогам.

Таким образом, комплексный характер реализуемых исследований определяют такие направления научной деятельности ACL, как экстренные вычисления, предотвращение наводнений, распространение эпидемий, анализ криминальных угроз и пр.