Саровский центр исследований и разработок Intel
Саровский государственный физико-технический институт
В феврале пресс-служба компании Intel организовала для российских журналистов посещение Саровского центра Intel по разработке программного обеспечения — одного из пяти филиалов компании в России.
Город, которого не было
Прежде чем обратиться к теме нашей статьи, расскажем о Сарове, этом засекреченном на протяжении многих лет городе, дабы лучше понять, почему именно здесь был создан центр исследований и разработок Intel.
История Сарова настолько интересна, что мы позволим себе обозначить основные ее вехи.
Всё началось с Саровского монастыря, освящение которого состоялось 16 июня 1706 года. После революции хозяйство Саровского монастыря было разорено, а в конце 1925 года было принято решение о его закрытии. В 1927 году на базе Саровского монастыря была создана детская трудовая коммуна, которая просуществовала вплоть до 1931 года. Впоследствии на базе Саровского монастыря была организована исправительная трудовая колония для подростков и взрослых заключенных, однако в 1938 году и она была закрыта.
Поворотной точкой в истории Сарова, определившей всё его дальнейшее развитие, стал 1946 год, когда было принято решение о разработке отечественной атомной бомбы. Вообще, работа над созданием атомного оружия в СССР велась с конца 30-х годов, а с началом Великой Отечественной войны была форсирована. В 1942 году руководителем атомного проекта был назначен И.В. Курчатов. В 1943 году ГКО принял решение о создании научно-исследовательского учреждения, которое должно было заниматься атомной проблемой. Оно получило название «Лаборатория измерительных приборов № 2 АН СССР».
В августе 1945 года США без какихлибо на то оснований применили атомное оружие против Японии, продемонстрировав всему миру, и прежде всего СССР, свое превосходство и заявив о своих притязаниях на мировое господство. Для нашей страны возникла реальная угроза со стороны США.
Сразу же после бомбардировки атомными бомбами городов Хиросимы (6 августа) и Нагасаки (9 августа) ГКО СССР принял решение о создании совершенно секретного Специального комитета, задачей которого стало руководство работой по созданию атомного оружия. Возглавил комитет Л.П. Берия.
В конце 1945 года встал вопрос о создании конструкторского бюро (КБ), которое непосредственно занималось бы созданием атомной бомбы, и начались поиски места для этого сверхсекретного КБ. В итоге выбор пал на завод № 550, расположенный в поселке Саров, и 9 апреля 1946 года было принято закрытое постановление Совета Министров СССР о создании на его базе особо важного государственного объекта по разработке первой атомной бомбы. Объект получил название КБ-11 при Лаборатории № 2 АН СССР. Начальником КБ-11 был назначен Павел Михайлович Зернов, а главным конструктором — Юлий Борисович Харитон.
Строительство объекта КБ-11 возлагалось на Министерство внутренних дел СССР, для проведения всех строительных работ была создана специальная строительная организация — Стройуправление № 880 МВД СССР. С апреля 1946 года весь личный состав завода № 550 был зачислен рабочими и служащими Строй-управления № 880. Под строительство объекта намечалось занять до 100 км2 лесов в зоне Мордовского заповедника и до 10 км2 в Горьковской области. Позднее эта территория значительно увеличилась и сегодня составляет 231 км2.
В феврале 1947 года КБ-11 было отнесено к особо режимным предприятиям. Поселок Саров был изъят из административного подчинения Мордовской АССР и исключен из всех учетных материалов. Он больше не обозначался на картах: существовал, но в то же время его не было. Летом 1947 года весь периметр зоны был взят под войсковую охрану и обнесен колючей проволокой. Была сооружена контрольно-следовая полоса шириной 25 м, воздвигнуты сторожевые вышки и контрольно-пропускные пункты. Вплоть до середины 50-х годов сотрудники КБ-11 и члены их семей не могли покидать пределы зоны (только в служебную командировку). Постоянные пропуска для проживающих в зоне людей были введены гораздо позже (кстати, такие пропуска у жителей Сарова имеются и сейчас).
В результате предпринятых титанических усилий к концу лета 1949 года в КБ-11 была создана первая советская атомная бомба. Во многом она повторяла американскую бомбу, технические сведения о которой удалось получить советской разведке. Первая советская атомная бомба была выполнена в виде фугасной авиационной бомбы весом 5 т, диаметром примерно 1,5 м и длиной чуть менее 5 м. Эти ограничения диктовались тем обстоятельством, что бомба должна была транспортироваться самолетом ТУ-4, бомболюк которого допускал размещение бомбы диаметром не более 1,5 м. Первая атомная бомба получила название РДС-1. Существует несколько толкований этого названия. Так, есть мнение, что оно произошло от правительственного постановления, в котором атомная бомба фигурировала как «реактивный двигатель Сталина» (сокращенно РДС).
29 августа 1949 года в 170 км от города Семипалатинска, на испытательном полигоне № 2 Министерства обороны СССР, была успешно испытана первая советская атомная бомба РДС-1, созданная в КБ-11. В результате претензия США на мировое господство в одночасье была снята.
В последующие несколько лет в КБ-11 были созданы ядерные бомбы РДС-2 и РДС-3, имевшие меньшие габариты.
В КБ-11 также была разработана и создана первая советская водородная бомба. Работа над ее созданием была начата еще в декабре 1945 года. Отправной точкой для создания термоядерного оружия стал отчет Лаборатории № 2 АН СССР «Использование ядерной энергии легких элементов».
В 1948 году на КБ-11 было возложено проведение исследований о возможности создания водородной бомбы, получившей название РДС-6. Этими исследованиями занималась и группа Я.Б. Зельдовича. Параллельно исследования вела специально созданная группа в Физическом институте АН СССР, которую возглавил И.Е. Тамм. В последнюю группу входил тогда еще 27-летний А.Д. Сахаров. Именно он предложил основополагающие идеи относительно конструкции водородной бомбы, состоящей из атомного заряда, окруженного чередующимися слоями легких и тяжелых активных материалов. Эту конструкцию назвали «слойкой».
12 августа 1953 года на Семипалатинском полигоне успешно прошли испытания заряда первой в мире водородной бомбы, в конструкции которой были реализованы идеи А.Д. Сахарова.
После испытания термоядерной бомбы перед КБ-11 была поставлена новая задача — в габаритах РДС-6 создать заряд мегатонной мощности для оснащения им ракет.
Можно еще долго рассказывать о ядерном оружии, созданном в КБ-11, однако это уведет нас далеко в сторону от темы статьи, а потому ограничимся краткой справкой.
Город, возникший на месте поселка Саров и сначала называвшийся режимным объектом КБ-11, впоследствии неоднократно переименовывался. Этому городу, которого не было на картах, присваивались такие названия: Арзамас-75, Арзамас-16, с 1991 года — Кремлёв, с 1995 года — Саров.
В январе 1967 года режимный объект КБ-11 был переименован во Всесоюзный научно-исследовательский институт экспериментальной физики (ВНИИЭФ), а с 1992 года за ним закрепилось еще одно название — Российский федеральный ядерный центр (РФЯЦ). В результате российский центр ядерных исследований получил довольно сложное название — РФЯЦ-ВНИИЭФ.
Сегодня РФЯЦ-ВНИИЭФ — это крупнейший в стране кластер научно-исследовательских институтов, решающий сложные задачи оборонного, научного и народнохозяйственного значения. В состав РФЯЦ-ВНИИЭФ входит несколько институтов: теоретической и математической физики, экспериментальной газодинамики и физики взрыва, ядерной радиационной физики, лазернофизических исследований, научно-технический центр высоких плотностей энергии, а также конструкторские бюро и тематические центры, объединенные общим научным и административным руководством.
Высокий научно-технический потенциал позволяет РФЯЦ-ВНИИЭФ расширять сферу исследований и разработок и быстро осваивать новые области высоких технологий, получать научные результаты мирового уровня, проводить уникальные фундаментальные и прикладные исследования.
В РФЯЦ-ВНИИЭФ имеется собственный аэродром для приема специальных (в том числе правительственных) авиарейсов. В Российском федеральном ядерном центре работают около 21,8 тыс. человек, 9,2 тыс. из которых ученые и специалисты, в их числе три академика РАН, 109 докторов и 504 кандидата наук.
РФЯЦ-ВНИИЭФ обладает мощной расчетной, экспериментальной, испытательной, технологической и производственной базой, что позволяет оперативно и качественно решать возлагаемые на него задачи.
В институте интенсивно ведутся работы по повышению технических характеристик ядерного оружия, его эффективности, безопасности и надежности.
Начиная с 1990-х годов РФЯЦ-ВНИИЭФ интенсивно развивает международное научно-техническое сотрудничество по открытым научным направлениям.
Саровский государственный физико-технический институт
Кузницей кадров для РФЯЦ-ВНИИЭФ является Саровский государственный физико-технический институт (СарФТИ). Он был образован в 1952 году, когда согласно распоряжению Совета Министров СССР было предписано организовать в Арзамасе16 вечернее отделение Московского инженернофизического института (МИФИ) (до 1953 года МИФИ назывался Московским механическим институтом) на правах вечернего вуза Министерства высшего образования СССР.
Предшественником вечернего отделения МИФИ был Консультационный совет КБ-11, организованный в 1950 году. Он являлся основной учебной организацией на объекте. Фактически это было заочное высшее учебное заведение. Подготовка специалистов велась по специальности «Электроника и автоматика». Интересен тот факт, что обучение в этом учебном заведении было платным и составляло 200 руб. в год.
В 1952 году на базе Консультационного совета был организован вечерний институт — вечернее отделение № 4 МИФИ (МИФИ-4).
В 1991 году в СарФТИ было создано уникальное учебно-научное подразделение — специальный факультет РФЯЦ (ныне физико-технический факультет), готовящий кадры для основных теоретических и научно-экспериментальных подразделений РФЯЦ-ВНИИЭФ.
В конце 90-х годов на базе СарФТИ был создан Учебнонаучный центр Минатома, объединяющий большинство кафедр, учебно-исследовательских лабораторий института, научно-исследовательских лабораторий и экспериментальных площадок РФЯЦ-ВНИИЭФ. Это позволило включить в образовательный процесс значительный потенциал РФЯЦ-ВНИИЭФ, тем самым расширив номенклатуру специальностей и существенно повысив уровень подготовки студентов.
В настоящее время СарФТИ фактически является базовым вузом РФЯЦ-ВНИИЭФ: более половины молодых специалистов, ежегодно принимаемых в Ядерный центр, — выпускники СарФТИ.
Начиная с прошлого года СарФТИ вошел в структуру Национального исследовательского ядерного университета МИФИ (НИЯУ МИФИ), который представляет собой кластер учебных заведений, в задачи которого входит обеспечение кадровых потребностей национальной атомной отрасли и других высокотехнологичных отраслей отечественной экономики. В состав НИЯУ МИФИ вошли пять вузов, в том числе СарФТИ. В результате СарФТИ НИЯУ МИФИ стал частью единого центра подготовки кадров для атомной отрасли.
Intel в Сарове
После небольшого экскурса в историю Сарова и ядерного центра РФЯЦ-ВНИИЭФ как градообразующего предприятия становится понятно, почему именно в Сарове была создана одна из исследовательских лабораторий Intel. Ведь Саров представляет собой своеобразный центр элиты российской науки и является одним из крупнейших федеральных центров подготовки научных специалистов, а потому недостатка в квалифицированных специалистах здесь нет. У выпускников СарФТИ, например факультета информационных технологий и электроники, всегда есть выбор куда пойти: в РФЯЦ-ВНИИЭФ или в исследовательскую лабораторию Intel. И неслучайно подавляющее большинство сотрудников Саровской лаборатории Intel — это выпускники СарФТИ.
История компании Intel в России насчитывает уже 19 лет. В 1991 году в Москве был открыт офис компании по продажам и маркетингу. А уже в 1993-м (как раз когда РФЯЦ-ВНИИЭФ стал интенсивно развивать международное научно-техническое сотрудничество по открытым научным направлениям) были заключены контракты на выполнение научно-исследовательских работ для компании Intel с инженерами в Москве и в засекреченном городе Сарове. В 1996 году часть сотрудников Саровского центра основала в Нижнем Новгороде NSTL (Nizhniy Software Laboratory), а в следующем году Intel начала сотрудничать с NSTL — тоже по контракту. К 1999 году Intel пригласила на работу по контракту еще программистов из Сарова и Нижнего Новгорода, а также заключила соглашения с четырьмя университетами. Начало нового века ознаменовалось важным событием: если раньше все научно-иследовательские и опытно-конструкторские работы велись программистами по контракту, то в 2000 году была открыта первая лаборатория Intel в Нижнем Новгороде, а в 2003 году был официально открыт Центр исследований и разработок в Сарове.
В 2004 году были открыты еще три лаборатории — в Москве, Новосибирске и Санкт-Петербурге. Таким образом, сегодня в России исследовательские лаборатории (R&D) Intel расположены в таких городах, как Москва, Санкт-Петербург, Нижний Новгород, Саров и Новосибирск.
Нижний Новгород считается центральным офисом R&D-разработок, а все остальные города — сателлитами. Нижнегородский офис компании Intel имеет самый большой штат сотрудников. Так, если в Москве и Новосибирске работают по 270 человек, в Санкт-Петербурге — 70, в Сарове — 100, то в Нижнем Новгороде их насчитывается 450. Это объясняется тем, что Нижний Новгород был первым центром разработок Intel, открывшимся в России, на нем оформились многие функции, которые впоследствии за ним и закрепились.
Дарья Кирьянова — директор филиала Intel
в Саровском технопарке
Итак, Центр исследований и разработок Intel в Сарове был открыт в 2003 году, а в 2007-м произошло знаменательное и историческое событие — лаборатория Intel в Сарове переехала в Саровский технопарк (технопарк в поселке Сатис Дивеевского района Нижегородской области в 5 км от города Сарова).
Решение о создании и развитии технопарка было принято в результате соглашения между госкорпорацией «Росатом», ОАО АФК «Система», правительством Нижегородской области и Российским федеральным ядерным центром (ВНИИЭФ-РФЯЦ). Работы по созданию этого технопарка начались еще в 2004 году, а базой для него стал расположенный в Сарове Российский федеральный ядерный центр (ВНИИЭФ-РФЯЦ).
Торжественное открытие первой очереди Саровского технопарка состоялось в октябре 2006 года.
В настоящее время Саровский технопарк включает комплекс научно-производственных зданий общей площадью 6000 м2. Создана инженерная инфраструктура, обеспечивающая работу первой очереди открытого технопарка, а также ведется перспективное развитие второй и третьей очередей. Вокруг технопарка создан охраняемый периметр, выполнено благоустройство территории.
Интерес к работе на территории Саровского технопарка проявили многие российские и зарубежные компании. Один из построенных корпусов был целиком сдан в аренду корпорации Intel, которая потратила на его реконструкцию 18 млн долл. Торжественная церемония открытия нового офиса корпорации Intel состоялась 7 июня 2007 года.
Владимир Дудник,
руководитель проекта Intel IPP
Общая площадь нового офиса Intel (или нового сайта, как его называют сотрудники) составляет 3410 м2-. Всего новый офис рассчитан на 186 рабочих мест. В подвале расположены центр обработки данных (Data Center) и система энергообеспечения. Имеется своя столовая, где можно сытно и вкусно пообедать (в чем мы имели возможность убедиться лично), и даже комната отдыха для сотрудников, где можно поиграть в настольный теннис или размяться на тренажерах.
Одним словом, в этом офисе созданы очень комфортные условия для работы сотрудников. Причем, как и в других офисах Intel, четко регламентированного распорядка рабочего дня здесь нет. Главное, чтобы поставленные задачи были выполнены в срок.
В Саровском центре Intel разрабатываются наиболее приоритетные, с точки зрения корпорации, программные продукты. Это создание библиотек, инструментов, упрощающих работу с многопоточными и распределенными системами, компиляторы, ускоряющие работу ПО и физическое моделирование электрических процессов и схем.
К примеру, именно в Саровской лаборатории Intel разрабатывается программный пакет Intel IPP (Intel Performance Primitives), на основе которого можно создавать разнообразные медиаприложения (программные аудио и видеокодеки, программы распознавания образов и многое другое).
Сергей Сиволгин,
руководитель проекта Intel MKL
Группу разработчиков программного продукта Intel IPP возглавляет Владимир Дудник. Его карьера в Intel началась в 1993 году. За время работы в лаборатории Intel Владимир занимался тестированием и дизайном параллельных компьютерных систем, разработкой программного обеспечения для обработки изображения и сигналов, оптимизацией ПО под различные процессоры Intel. С 1995 года он работает в группе российских разработчиков над Intel Performance Libraries, в частности над популярной Intel JPEG Library. С 2000 года Владимир также занимается проектом Intel IPP и руководит группой разработчиков, ответственных за разработку и оптимизацию кодеков изображения и речи под новейшие платформы и архитектуры Intel, включая Larrabee.
Если кратко, то Intel IPP — это набор из 18 библиотек различной функциональности. В общей сложности эти библиотеки имеют более 10 тыс. функций и 350 Мбайт исходного кода (см. таблицу). Intel IPP поддерживает 32- и 64-разрядные операционные системы Windows, Linux и Mac OX.
Intel IPP представляет собой инструментарий для программистов. Фактически это строительные блоки, с помощью которых можно создавать законченные программные продукты. Intel IPP применяют такие известные компании, как Microsoft, Adobe и многие другие. Всего же Intel IPP насчитывает более 35 тыс. пользователей по всему миру.
Каждый год выходит два релиза программного продукта Intel IPP (текущая версия 6.1). Пакет поставки включает не только набор библиотек, но и примеры их использования.
Еще один программный продукт, разрабатываемый в Саровском центре Intel, — это Intel Math Kernel Library (MKL). Группу разработчиков программного продукта Intel MKL возглавляет Сергей Сиволгин.
Intel MKL — это библиотека математических функций для научных, инженерных и финансовых приложений. Она включает функции для работы с плотными и разряженными матрицами, функции быстрого преобразования Фурье, функции векторной математической и векторной статистической библиотек и многое другое.
Герман Воронов, руководитель проекта Intel
Cluster Toolkit
Библиотека Intel MKL оптимизирована для работы на широком спектре процессоров Intel, но работает и на других процессорах. Интересно, что библиотека сама распознает тип процессора и выбирает оптимальный вариант своих программ для работы на нем. К преимуществам Intel MKL можно отнести высокую производительность, параллельность, техническую поддержку и дружественный интерфейс.
Достаточно отметить, что Intel MKL используется для оценки производительности суперкомпьютеров в рейтинге TOP 500.
Области применения Intel MKL — это физическое моделирование, прогнозирование погоды, проектирование, финансовые расчеты, обработка изображений и сигналов, а также биоинформатика.
Среди пользователей Intel MKL — крупнейшие наукоемкие организации, автопроизводители, нефтедобывающие компании, авиакосмические агентства, банки, финансовые организации, анимационные студии, поставщики инженерного ПО, исследовательские подразделения крупных корпораций и научные институты.
Нужно отметить, что проект Intel MKL существует с 1993 года, а первое подразделение, занимающееся разработкой Intel MKL в России, появилось в 2000 году в Нижнем Новгороде. Затем, в 2003 году, была организована группа в Сарове. Продукт Intel MKL является наукоемким и включает не только разработку, но и исследования в данной области, подразумевающие регулярный обмен опытом, участие в международных симпозиумах, сотрудничество с ведущими высшими учебными заведениями как на территории России, так и за ее пределами.
Борис Воинов, руководитель проекта
моделирования процессов и технологий
Еще один программный продукт, разрабатываемый в саровском сайте Intel, — это Intel Cluster Toolkit. Проект, в рамках которого ведется работа над Intel Cluster Toolkit, возглавляет Герман Воронов.
Intel Cluster Toolkit — это программный продукт для реализации вычислений на кластерных системах, позволяющий максимально эффективно задействовать вычислительные ресурсы всех процессоров в кластере. В пакет Intel Cluster Toolkit входят несколько продуктов: Intel MPI Library, Intel Trace Analyzer and Collector, Intel Math Kernel Library и Intel MPI Benchmarks.
Intel MPI Library — это высокопроизводительная и универсальная реализация стандарта MPI-2, позволяющая приложениям работать на произвольном сетевом оборудовании (interconnect).
Intel Trace Analyzer and Collector — это продукт, реализующий cобытийно-ориентированный сбор трассы приложения с низким влиянием на производительность и графическое отображение процесса выполнения параллельного приложения.
Intel MPI Benchmarks — это специальные тесты производительности для MPI-операций.
Следующий проект, работа над которым ведется в саровском сайте Intel, посвящен вычислительным методам для моделирования процессов и технологий. Группу, работающую над этим проектом, возглавляет Борис Воинов.
Нужно отметить, что если все остальные программные продукты, разрабатываемые в саровском сайте Intel, являются коммерческими и доступны для приобретения, то программный продукт, создаваемый в рамках проекта «Вычислительные методы для моделирования процессов и технологий», полностью закрытый, то есть разрабатывается исключительно для нужд самой компании Intel.
Программный продукт, реализованный в рамках данного проекта, позволяет осуществлять тепловой анализ, анализ механических напряжений, топографию поверхности, моделировать литографический процесс производства процессоров, а также процесс производства как отдельного транзистора, так и всего процессора.
Для анализа тепловых и механических напряжений используется трехмерный конечноэлементный метод. Удалось показать его практическую масштабируемость до 100 млн узлов расчетной сетки. Накоплена большая библиотека моделей материалов и проведен анализ развития дефектов, усталости и разрушения материалов. Всё это делается для того, чтобы заранее знать, как поведет себя процессор и другие элементы компьютеров при нагревании во время работы. Конечно-элементная модель разбита на 1024 домена для параллельного решения на кластере компьютеров. Важно подчеркнуть, что в России разрабатываются только программы моделирования, а расчеты делаются уже в США.
Расчеты механических напряжений оказались настолько удачными, что по этому же методу было решено проводить тепловой и электрический анализ. Он точно так же использует все преимущества разбиения на домены и самосогласованно определяет распределение токов и температуры в образце.
С помощью программы также удается моделировать процесс производства транзисторов, то есть процессы диффузии в твердом теле, рост пленок и релаксацию напряжений.
Моделируется и литографический процесс. Здесь в программе ведется точный учет волновых эффектов и введены реалистические модели источников света. В программе есть интерфейс для работы с точными решениями уравнений Максвелла и многокомпонентной нелинейной диффузии. С помощью этой программы специалисты, занимающиеся литографией, могут пробовать различные материалы фоторезистора, разные источники света и т.п.
Заключение
Конечно, деятельность сайта Intel в Сарове не ограничивается описанными проектами. Компания Intel имеет очень тесные контакты с СарФТИ и привлекает студентов для выполнения различных исследовательских и образовательных проектов. В результате такого сотрудничества между саровским филиалом компании Intel и СарФТИ была создана учебно-исследовательская лаборатория прикладного и системного программирования BiPro. Основная задача этой лаборатории — повышение общего уровня ИT-образования, проведение исследований и разработок в области прикладного и системного программирования по специфическим направлениям. Лаборатория BiPro создана на базе факультета информационных технологий физико-технического СарФТИ.
Среди текущих проектов BiPro — Message Passing Interface, Kinetic Monte Carlo Methods, SourceAnalyzer, а среди завершенных — GCC@SarPhTI и Speech Recognition. Важнейшая цель лаборатории — обеспечить развитие научных тематик в интересах саровского сайта Intel и поддержать творческие идеи студентов и помочь их развитию в рамках инициативных проектов.
Чтобы поддержать инициативы талантливых школьников и студентов из Сарова, компания Intel регулярно проводит в городе различные летние школы. Летняя студенческая школа Inside Intel IPP была посвящена практическому изучению программного продукта Intel IPP. «Программируем с Intel» — это летняя школа по параллельному программированию (MPI, OpenMP) для старшеклассников (7-11-й классы).
Специальную работу компания Intel проводит и с учителями информатики — это мастер-классы для учителей информатики г.Сарова при поддержке Департамента образования. Intel проводит и более общедоступные мероприятия, например День компьютерной грамотности, посвященный обучению детей из малообеспеченных и социально неблагополучных семей азам работы с ПК в развлекательной форме.
В статье использованы материалы с сайта института СарФТИ (www.sarfti.ru), с сайта РФЯЦ-ВНИИЭФ (www.vniief.ru) и материалы, предоставленные прессслужбой компании Intel.
 |
|
