Не витать в «облаках», а решать проблемы

Научный руководитель Научно-исследовательского института системных исследований (НИИСИ) РАН академик РАН Владимир Бетелин — известный специалист в области информационных технологий и систем автоматизации проектирования и управления. НИИСИ РАН занимается разработками в области математики, физики, информатики, нанотехнологий, информационных и телекоммуникационных технологий, вычислительных систем, то есть тех областей знаний и технологий, которые лежат в основе научно-технического прогресса. И оказываются ключевыми при решении проблемы импортозамещения, о путях решения которой у Владимира Борисовича особое мнение.

В 1980-е под его руководством были созданы первые отечественные машиностроительные САПР на основе семейства первых отечественных графических рабочих станций «Беста». В последние годы под его руководством и при непосредственном участии были разработаны отечественные технологии проектирования и производства современных сложных микропроцессоров, модулей и ЭВМ, в том числе мультипроцессорных высокопроизводительных вычислительных систем терафлопсного класса. Объем производства изделий, созданных на основе этих технологий, составляет десятки тысяч штук в год.

Академик Бетелин, можно сказать, страстный сторонник самого широкого применения суперкомпьютеров в промышленности и экономике России. В частности, именно об этом он говорил на последнем заседании Президиума РАН, посвященного проблеме развития суперкомпьютерных цифровых технологий в Российской Федерации». Именно с этой проблемы мы и начали нашу беседу.

— Очевидно, что суперкомпьютеры породили настоящую революцию в промышленности. Суперкомпьютер во много раз сокращает дорогу от идеи до готового изделия, проигрывая на кибермоделях различные варианты. И только достигнув оптимальности этих моделей, есть смысл приниматься за воплощение изделий в «железе». Это позволяет радикальным образом сократить время разработки и затраты на нее. И тем самым дает возможность тем, кто применяет такую технику, опережать конкурентов.

Степень применения суперкомпьютеров в промышленности для инженерных расчетов — это один из признаков степени инновационности экономики. Например, Деборе Уинс-Смит, многие годы возглавляющей Совет по конкурентоспособности экономики США, принадлежит афоризм «Кто слаб в вычислениях, тот неконкурентоспособен на мировом рынке».

Американцы давно это осознали и в течение многих лет являются безусловными мировыми лидерами в сфере суперкомпьютеров. В списке 500 наиболее мощных машин почти половина принадлежит США. Но самое главное, что не менее половины суперЭВМ уже работает в их промышленности, обеспечивая ей конкурентоспособность на мировых рынках.

В основе лидерства США — многолетняя целенаправленная поддержка этой сферы правительством. Особо хочу подчеркнуть, что миллиарды долларов государство вкладывает главным образом не в малые и средние компании, а в такие гиганты, как Hewlett-Packard, IBM, Intel. Потому что даже для них создание суперкомпьютеров без участия государства связано с очень высокими и даже неприемлемыми рисками.

— А как возникла идея их создания?

— Говоря образно, их породила атомная бомба. Запрет на испытания ядерного оружия инициировал проведение испытаний на компьютерных моделях. Оценки показали, что для этого требуется терафлопсная машина, которая совершает не менее 10¹² операций в секунду. То есть суперкомпьютер такой мощности создавался для решения вполне конкретной задачи. И сегодня за суперкомпьютерной гонкой стоят конкретные потребности промышленности. Например, для расчета аэродинамики болида «Формула-1» компания BMW приобрела суперкомпьютер производительностью 12 терафлопс. Он смоделировал работу аэродинамической трубы, что позволило провести виртуальные испытания болида. Или Audi для моделирования столкновения автомобиля с препятствием закупила суперЭВМ мощностью 39 терафлопс, а компании Pratt & Whitney для создания трехмерной модели авиационного двигателя потребовалась машина производительностью 350 терафлопс. Моделированием на суперЭВМ была подтверждена безопасность пассажиров самолета Superjet 100 при аварийной посадке без выпущенных шасси. Это примеры из недавнего прошлого, но с каждым годом применение суперкомпьютеров существенно расширяется.

Суперкомпьютер — это сложнейшая научно-техническая разработка, и на его примере хорошо видно, что сейчас наука во всем мире исполняет требования бизнеса. Даже наука, которая изучает законы природы, — а она, безусловно, сохраняется, — на самом деле изучает их в основном таким образом, чтобы потом ее результаты можно было использовать в практических целях. И бизнес очень жестко за этим следит.

— И каким образом это происходит?

— Например, именно экономические требования легли в 1995 году в основу политики по созданию суперкомпьютеров. Дело в том, что до начала 1990-х каждый суперкомпьютер был уникален. Он создавался на пределе технологий. Поэтому при относительно небольшой мощности они стоили очень дорого. Их применение было крайне ограничено.

В 1995 году родилась идея собрать суперЭВМ из множества дешевых микропроцессоров, по сути из персональных компьютеров. То есть было решено наращивать мощности суперкомпьютеров не за счет накручивания процессора, а за счет их количества. И чем их больше, тем больше будет производительность. Это должны быть массовые, дешевые продукты. И первые тендеры по американской программе Accelerated Strategic Computing Initiative, ASCI, проводились именно на этих условиях.

Но суперкомпьютер — это не только сама вычислительная машина, а триада из суперЭВМ, созданной на основе многочисленных микропроцессоров, программного обеспечения и технологии использования этого комплекса для создания нового изделия, того же самолета или автомобиля.

К сожалению, сейчас Россия на глобальном рынке микропроцессоров в основном выступает потребителем. В этой сфере мы пока импортозависимы.

Вот почему сегодня российский суперкомпьютер — это либо закупленная в США «под ключ» вычислительная машина, либо машина, созданная из комплектующих, доступных на коммерческом рынке и произведенных также в США. До недавнего времени такая же ситуация была и с программным обеспечением. Основная масса потребителей использовала доступные на коммерческом рынке программные пакеты. Сейчас ситуация изменилась. Программа, инициированная государством в 2010 году, позволила создать вполне конкурентоспособный на внутреннем рынке программный пакет имитационного моделирования «Логос». Однако в области элементной базы Россия по-прежнему импортозависима.

— И в чем, на ваш взгляд, причина такого положения?

— В первую очередь это связано с состоянием нашей полупроводниковой промышленности. Если в 1991 году мы делали десятки миллионов микросхем, то в 1992-м победила идея, что у нас всё неконкурентоспособно. Поэтому мы всё это купим. Сейчас мы имеем дело с последствиями. В 2017 году мировой рынок полупроводников составил 429,1 миллиарда долларов, тогда как в 2016-м показатель был на уровне 352,6 миллиарда. Половина — это Соединенные Штаты. У них это третья статья экспорта после самолетов и автомобилей. Это огромный денежный поток, который идет в их экономику.

А мы не умеем, к сожалению, этого делать. Мы импортозависимы сейчас уже по всему спектру электронной продукции, включая и суперкомпьютеры. Казалось бы, у нас постоянно обсуждаются вопросы, как преодолеть этот разрыв, получить нанометры, гигагерцы, гигабайты и так далее. А вопрос-то не в этом, а в том, сколько мы можем производить товара с этими самыми нанометрами, гигабайтами. А этот вопрос не ставится.

Создаются некие образцы, как правило, если говорить в нашей старой, советской терминологии, даже не лабораторные, а макетные. Все радуются, всё здорово. Только дальше-то что? Ведь, как известно, если принять затраты на НИР за единицу, то на ОКР они уже в десятки раз выше, а на организацию серийного производства — в сотни.

В этом сегменте доминирует Intel. Intel — это комплексная технологическая компания. Здесь «комплексность» — ключевое слово, потому что именно комплексности не хватает нам при принятии решений о развитии электронной промышленности. Ведь Intel — это электронные компоненты, это архитектура, это программное обеспечение, оптимизированное под эту архитектуру. И наша импортозависимость не только в том, что используются их компоненты, но и все программы пишутся под них. Все наши достижения, о которых мы говорим, на самом деле это работа на них. Мы развиваем их идеологию, их политику, их стратегию развития.

В СССР мы тоже отставали. Но главное состояло в том, что, даже копируя, мы решали задачу комплексно и в большинстве случаев хорошо. Даже при том, что у нас были менее производительные или менее функциональные микросхемы, комплексы у нас всегда были не хуже, чем у них. И мне кажется, что это сейчас принципиальный вопрос по импортозамещению: надо вернуться к нашим истокам, к комплексному подходу при решении стоящих перед нами задач. Это должна быть наша собственная стратегия.

— Но ведь повторить Intel мы, наверное, уже не можем. По крайней мере, в исторически обозримой перспективе.

— Да, мы не можем Intel повторить. И у этого комплекс причин. Но это не означает, что мы не можем вообще ничего. То, что мы делаем, менее производительно, менее продуктово, чем у Intel. Но мы можем решить задачу на уровне комплексов. Оптимизировать, то есть докрутить архитектуру, внутреннюю структуру микропроцессора, алгоритмы и программы так, чтобы решить важную задачу даже на имеющейся отечественной элементной базе. И это не декларация. Мы у себя в институте это сделали. Сейчас более конкретно я не могу об этом рассказывать, но это сделано. То есть возможность такого подхода доказана.

— А может, нашей промышленности не требуются суперкомпьютеры?

— Это не так. Авиация, судостроение, энергетика нуждаются в этом. Наша промышленность явно «слаба в вычислениях». Но надо понимать, что для решения разных задач требуются разные по мощности суперкомпьютеры. По оценке специалистов МГТУ имени Баумана, только пять–десять процентов задач машиностроительных предприятий в России требуют для своего решения суперЭВМ производительностью 300–500 терафлопс. Примерно 20–25 процентов задач решаются малыми суперЭВМ производительностью 30–50 терафлопс, а наибольшему числу задач, это примерно 70 процентов, достаточно суперЭВМ производительностью от одного до пяти терафлопс. Другими словами, для решения 90–95 процентов общемашиностроительных задач не нужны суперЭВМ из списка Тор-500.

Потребности есть везде. И без этого сейчас никак. Boeing никогда не расскажет, как он проектирует. Может спроектировать и для нас, за деньги. Но это будет не наш самолет. У нас в стране только формируется стратегия комплексного развития отечественного суперкомпьютинга. То есть уже приходит понимание и на уровне министерств. Но такой утвержденной действующей программы, такой стратегии, подкрепленной финансированием, пока нет.

В своем докладе на недавнем президиуме РАН, посвященном проблемам суперкомпьютинга, я хотел донести до членов Президиума мысль, что осмысливать эти проблемы — это дело не только ведомств, но и в первую очередь Академии наук, потому что нам надо развивать высокотехнологичную промышленность, которая как раз нуждается в суперкомпьютерах. А именно такая промышленность является главным потребителем достижений науки.

— Но ведь у нас принята стратегия развития цифровой экономики…

— Что ж, давайте теперь перейдем к цифровой экономике. Откуда взялась эта идея? Попробуем разобраться. Надо понимать, что в основе цифровой экономики лежит микроэлектроника. Если у вас нет микроэлектроники, значит, все аппаратное обеспечение цифровой экономики мы вынуждены будем импортировать.

Что определяет развитие микроэлектроники последние двадцать лет? В значительной мере экономика отрасли. Почему надо постоянно уменьшать проектные нормы: 90, 45, 28, 07 и так далее? Это чисто экономический вопрос, чтобы на единицу площади уложить побольше транзисторов. Тем самым они станут дешевле, и вот вам вся экономика. То есть развитие науки и технологий в данном случае инициируется экономикой, а не какими-то идеями и изучением законов природы. Мы уже об этом говорили чуть ранее.

За последние двадцать лет в мире в микроэлектронику было вложено гигантское количество средств, потому что доходность этих вложений была очень высокой. Те, кто этим занимался, получали огромные прибыли. Собственно, из-за этого появились и суперкомпьютеры, и айфоны.

С уменьшением проектных норм, соответственно, усложняется и удорожается технология. Если в 1980-е годы фотолитограф — одна из основных машин в производстве микроэлектроники — стоила где-то полмиллиона долларов, то сейчас она стоит 60–100 миллионов и даже больше. Сейчас в стоимости полупроводников доминирует именно стоимость оборудования: это и начальная стоимость, и амортизация, ремонт, сопровождение, поддержка и так далее. Что это значит? Это значит, что начинает снижаться доходность. Что делать бизнесу в этих условиях? Наращивать объемы, объемы, и еще раз объемы. А из этой экономической потребности возникла идея цифровой экономики. Это наш термин. В Америке эта программа называется «интернет вещей».

В США уже есть несколько решений Сената и правительства о развитии интернета вещей. Почему? Потому что это триллионы долларов. Это экономика. В США действует Национальный диалог по интернету вещей, инициаторами которого являются Intel, Ассоциация производителей полупроводников Америки, Samsung. Они ожидают к 2020 году к интернету будет подключено до 50 миллиардов устройств. Если даже на каждое устройство нужно будет по десятку микросхем — это же триллионы. Там нужны разного рода датчики, но важно, что для них проектные нормы уже не являются критическими. Кстати, и сейчас из всего объема полупроводникового рынка, 65 процентов — от 500 до 65 нанометров. То есть больше половины этого рынка. И сейчас эта доля будут возрастать за счет того же интернета вещей. И это создает определенные перспективы для нашей микроэлектроники.

«В США уже есть несколько решений Сената и правительства о развитии интернета вещей. Почему? Потому что это триллионы долларов»

Из архива Дмитрия Лыкова

А пока всех убеждают в том, как это необходимо: в стулья, в одежду, в мебель, везде, везде вставить датчики. Причем группа, которая диалог этот организовала, требует от правительства США принуждать торговых партнеров к свободе трансграничной передачи данных. Конечно, не для того, чтобы мясорубка в Оклахоме смогла разговаривать с кофеваркой в Ярославле. А чтобы все эти данные были сконцентрированы у них. А это полная уже зависимость, просто полная.

У нас же вся цифровая экономика сводится к проблемам управления и финансов. В финансах у нас теперь будет удобная замечательная среда. Все будут работать в цифре, но из нашей стратегии не видно, как мы на этом заработаем. Что мы сможем производить, продавать, чтобы получать деньги? Там видно другое: что мы будем покупать всё. То есть речь идет уже о полной импортозависимости.

— И может получиться, что вся информация будет концентрироваться там?

— Так и будет. Потому что мы все будем использовать облачные вычисления. А кто эти облака создает и поддерживает? Заметьте, что у Intel несколько лет назад началось снижение объемов. И вдруг сейчас они снова начали расти. Почему? А потому что в облачных вычислениях главное — серверы, а в серверах Intel — главный.

Уже несколько лет назад мы столкнулись с чем? Нам предлагают: «Пожалуйста, любые вычисления, но только дайте исходные данные, и мы вам все сделаем в облаках и выдадим результат. Потому что у нас уже есть все необходимое программное обеспечение, вся база данных». У них есть коммуникатор, через который мы свои данные отдаем, а они нам отдают результат, а мы деньги платим, естественно. Сейчас у нас много говорят: облака, облака… Это здорово, но надо же понимать при этом, чьи облака.

Например, предлагают проводить моделирование изделий нашей промышленности тоже в облаках. То есть скоро уже все модели-проекты будут там.

Мне кажется, что у нас недооценивают то, что происходит. Вы же знаете, наверное, историю, когда Apple дистанционно замедляла работу гаджетов, чтобы подтолкнуть пользователей покупать новые. А ведь все западное промышленное оборудование так же дистанционно управляется. И автомобили, кстати.

То есть мы попадаем полностью в зависимость от производителей, но я бы сейчас сделал упор не только на зависимость, а на то, что мы при этом не развиваемся экономически. Мы просто финансируем, дотируем зарубежные компании. Тогда каких прорывов технологических ждать? Зачем они нужны, если они не превращаются в деньги?

— Цифровая экономика — это часть инновационной системы. И мы уже двадцать пять лет бьемся, а построить работающую инновационную систему не получается.

— И это всё тоже в силу некомплексности решений. Когда у нас НИР делаются в отрыве от ОКР, а ОКР делаются в отрыве от серии. Или разрабатывают технологии, которые никому не нужны. А всегда успешной может быть только триада: оборудование, технология, продукт. Если их разделить, то продукт без технологии и оборудования никому не нужен. Оборудование без технологии и продукта тоже никому не нужно. Так же, как и технология. Опять же вопрос: какая технология? Для изготовления десяти штук — одна, для ста тысяч — другая, для миллиона, сотни миллионов — вообще совершенно другая. И организация, и технология, всё вместе. Без этого возникает вопрос, что разработано и зачем.

— В стратегии цифровой экономики о промышленности вообще забыли. Там даже нет слова «промышленность».

— А там же написано, что это опять создание инфраструктуры, создание условий, правовых и всех прочих. А это чисто затратная история. И не продумано, как это все должно вернуться. Идея простая: мы создадим условия, а вы должны… А условия создают люди, которые сами никогда ничего не производили. Вот в чем дело. Проблема в этом. Если бы я не попал на ЗИЛ в 1978 году, может быть, я был бы такой же. Это очень полезно, на самом деле, бывает не просто на экскурсию сходить, а покрутиться на производстве.

— Возвращаясь к микроэлектронике. Ведь при всем прочем ведущие микроэлектронные компании продолжают работать над уменьшением проектных норм. Тайваньская TSMC обещает к 2022 году построить завод на три нанометра. Стартовая стоимость завода 20 миллиардов долларов. В сутки она будет потреблять 50 тысяч тонн воды и 700 мегаватт. Сколько же надо произвести полупроводников, чтобы это все окупить! Как же быть нам?

— Может, надо сделать полупроводниковую отрасль, адекватную нашим внутренним потребностям. И это мне представляется вполне реальной задачей. При этом я не исключаю, что придется что-то покупать. Но государство должно выработать некую политику. Найти нашу нишу и ее эксплуатировать.

А о том, что мы многое можем, говорит наш же опыт. Мы атомную бомбу за четыре года сделали, подводную лодку атомную тоже за четыре года. Ту-95, бомбардировщик, — то же самое. Четыре года — каноническая цифра, за этот срок всё делали. Я представляю, что сейчас ситуация такова, что именно так надо делать. А не условия создавать в расчете, что все само собой вырастет. Уже очевидно, что этого недостаточно.

— А где может быть наша ниша?

— Надо понимать, что современное полупроводниковое производство создало новую модель производства всего: высокотехнологичные, короткоживущие продукты, продукты-однодневки. Особенно в сфере бытовой техники, а сейчас это уже распространилось и на автомобили. Больше трех–пяти лет ничего уже не работает. Три года, и иди снова, покупай. И это и есть главная промышленная политика крупных западных, и не только, компаний.

Россия же серьезно присутствует на других рынках, где это правило не действует. На рынках оружия, атомной энергетики и космоса. Все эти изделия делаются по другой модели: долгоживущие, ремонтопригодные, надежные. И тут за счет комплексности и оптимальности решений можно парировать отставание в проектных нормах. И нам нужно нашу промышленность, в том числе полупроводниковую, ориентировать на интересы таких отраслей. И потребность в такого рода долгоживущих, надежных изделиях есть. Именно на такие рынки мы должны ориентироваться.

Кроме того, у нас страна с другими климатическими условиями, чем Европа, даже Северная, чем США и Азия. У нас Сибирь, с ее дорогами и ее климатом. И ясно, что там другие автомобили нужны, когда там минус пятьдесят-шестьдесят.

И этот подход был характерен уже для русской инженерной школы еще в девятнадцатом веке. Есть расхожее мнение, что Царскосельская железная дорога была просто царской игрушкой, на самом деле ведь нет. Хотя строили иностранцы. На самом деле был полигон, на котором наши инженеры отрабатывали все конструкции для России, для российских условий. И это очень важно. И дальше уже и паровозы, и рельсы выпускались в России, применительно к ее условиям.

Кстати, это выгодно всему человечеству, хотя бы из соображений экологии. Современная модель промышленного развития порождает монбланы выброшенных вещей. Это же совершенно дикое перемалывание ресурсов. Даже если их утилизировать, то это означает гигантские дополнительные затраты.