Результаты научных исследований и опытно-конструкторских работ, выполненных в НИИ МВС

В течение почти 30 лет коллектив НИИ МВС выполнял и выполняет теоретические и экспериментальные научные исследования и опытно-конструкторские разработки, в результате которых получены следующие научные и прикладные результаты.
1. Разработаны концепция, теория, архитектура, элементная супертранспьютерная микропроцессорная база, системное и прикладное программное обеспечение суперкомпьютеров с массовым параллелизмом и программируемой архитектурой, сочетающих положительные качества универсальных и проблемно-ориентированных вычислительных систем, имеющих производительность близкую к пиковой на любых классах задач и практически линейно возрастающую при росте числа параллельно работающих процессоров.
2. Разработаны концепция, теория, архитектура и алгоритмы функционирования цифровых нейропроцессорных сетей и цифровых нейрокомпьютеров с массовым параллелизмом и программируемой структурой. Разработаны цифровые нейропроцессоры, программируемые на выполнение функций нейронов любых типов.
3. Разработаны концепция, теория и алгоритмы функционирования интеллектуальных систем управления мобильных автономных адаптивных роботов, действующих в заранее неизвестной среде, в том числе разработаны алгоритмы: моделирования и анализа окружающей среды и ситуаций; выбора целей; планирования действий робота для достижения целей и управления действиями робота. Разработаны однородные нейроподобные вычислительные структуры с массовым параллелизмом, реализующие перечисленные алгоритмы управления адаптивными мобильными роботами. Разработана элементная база однородных нейроподобных управляющих вычислительных структур адаптивных мобильных автономных роботов.
Полученные теоретические и экспериментальные научные результаты опубликованы в большом количестве книг и монографий, в сотнях статей в научных журналах в России и за рубежом, в десятках докладов как заказных, так и инициативных на союзных и международных научных конференциях. Результаты разработок отражены в сотнях авторских свидетельств и патентов на изобретения.
Наряду с теоретическими и экспериментальными научными исследованиями, в НИИ МВС в течение 30 лет было выполнено большое число прикладных научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ, в том числе более 20 опытно-конструкторских работ, в результате которых были разработаны и изготовлены, испытаны и поставлены заказчикам опытные образцы более 20 универсальных и проблемно-ориентированных вычислительных систем, из которых не менее половины было вычислительных систем с массовым параллелизмом и программируемой архитектурой.
Большинство фундаментальных и прикладных НИР и ОКР в НИИ МВС выполнялись в рамках крупных межведомственных и всесоюзных научно-технических программ. НИИ МВС был головной организацией при выполнении комплексной целевой программы "Основа-РВО", утвержденной совместным приказом Минвуза РСФСР и Минрадиопрома СССР, в соответствии с которой НИИ МВС разрабатывал многопроцессорные вычислительные системы по заказам таких крупнейших научно-производственных объединений Минрадиопрома как ЦКБ "Алмаз"" НПО "Антей", МНИИ "Агат", НПО "Ленинец", НИЦЭВТ, ПО "Фазотрон", НИИ-АА и многих других научных и промышленных организаций.
НИИ МВС являлся также головной организацией целевой комплексной программы "Лидер-РВО-1", которая была утверждена совместным приказом Минэлектронпрома СССР, Минрадиопрома СССР и Минвуза РСФСР. В соответствии с этой программой НИИ МВС вел разработку микропроцессорных комплектов СБИС с программируемой структурой, которые затем выпускались серийно на предприятиях НПО "Светлана", НПО "Интеграл", НПО "Элькор", НИЦ-ФТ, НПО "Электроника" и на ряде других предприятий. В рамках КЦП "Лидер-РВО-1" в НИИ МВС разрабатывались также малогабаритные бортовые многопроцессорные вычислительные системы для НПО "Исток". Научным руководителем комплексных целевых программ являлся директор НИИ МВС член-корреспондент АН СССР А.В. Каляев.
В числе вычислительных систем с массовым параллелизмом и программируемой архитектурой, разработанных и построенных в НИИ МВС, необходимо отметить следующие системы.
В 1973 году разработана и построена на основе технологии интегральных микросхем цифровая интегрирующая структура "Интегратор-2" на 24 параллельно работающих интегрирующих процессора с автоматической электронной коммутацией, которая имела производительность 4,5 миллиона операций в секунду (4,5 Мипс).
В 1975 году был разработан и изготовлен на основе технологии интегральных микросхем экспериментальный образец параллельной однородной вычислительной системы "Структура-2" на 48 параллельно работающих процессоров с автоматической электронной коммутацией каналов связи между процессорами, который имел производительность 7,2 миллионов операций в секунду (7,2 Мипс).
В 1977 году была разработана и изготовлена на основе технологии больших интегральных схем (БИС) персональная настольная цифровая интегрирующая система на 90 параллельно работающих процессоров с автоматической электронной коммутацией и производительностью 4,5 миллиона операций в секунду.
В 1983 году по заказу НПО "Исток" Минэлектронпрома была разработана и изготовлена в нескольких экземплярах малогабаритная параллельная многопроцессорная вычислительная система "Символ-4" для цифровой обработки сигналов на основе трех БИС: микропроцессора, реализующего крупные операции, микрокоммутатора и распределенной ортогональной регистровой памяти, разработанных в НИИ МВС и серийно выпускаемых предприятиями Минэлектронпрома. Система "Символ-4" содержала 16 параллельно работающих процессоров, имела производительность 20 миллионов операций в секунду, занимала объем 1,5 дм3 и потребляла энергию 40 Вт. Система была передана заказчику для использования на борту подвижных объектов.
В 1984 году по заказу Минэлектронпрома был разработан и изготовлен на основе технологии БИС экспериментальный образец многопроцессорной вычислительной системы с массовым параллелизмом "Символ2П" на 256 параллельно работающих процессоров, выполняющих крупные операции, с мощной системой программируемой электронной коммутации, позволяющей программировать любые прямые каналы связи между процессорами. Система "Символ-2П" имела производительность 200 миллионов операций в секунду, занимала объем 90 дм3 и потребляла мощность 2,5 КВт.
В 1986 году по заказу НИЦЭВТа (Минрадиопром) был разработан и построен экспериментальный образец универсальной многопроцессорной вычислительной системы с массовым параллелизмом и возможностью частичного программирования архитектуры ЕС-2703 на 16 процессоров с производительностью 32 миллиона операций в секунду с плавающей запятой (32 Мфлопс). В целом разработанная система ЕС-2703 была рассчитана на 64 процессора с общей производительностью 128 Мфлопс (миллионов операций в секунду с плавающей запятой). Образец ЕС-2703 был принят межведомственной комиссией с высокой оценкой.
В 1989 году по заказу ЦКБ "Алмаз" Минрадиопрома был разработан и изготовлен в нескольких экземплярах проблемно-ориентированный вычислительный комплекс (ПВК-460) "Трасса", который представлял собой параллельную вычислительную систему с массовым параллелизмом и программируемой архитектурой. ПВК-460 "Трасса" включал 512 микропроцессоров 1815ВФ3 с программируемой структурой и аппаратной реализацией макроопераций, 424 микрокоммутатора 1509КП1 и 704 микросхемы ортогональной регистровой памяти 1517ИР1, которые были разработаны в НИИ МВС и выпускались серийно предприятиями Минэлектронпрома. ПВК-460 обеспечивал высокую производительность 460 миллионов операций в секунду (460 Мипс) и гибкую проблемную ориентацию благодаря программируемой архитектуре, аппаратному выполнению макроопераций, иерархической коммутационной системе, что позволяло гибко варьировать архитектуру ЭВМ в ответ на изменение структуры решаемой задачи. В систему было заложено 512 макрокоманд и базовых макроопераций. Объем системы составлял 0,72 м3, потребляемая мощность 3 КВт, охлаждение воздушное, принудительное.
В 1991 году по заказу НПО "Антей" Минрадиопрома была разработана и изготовлена в двух экземплярах с массовым параллелизмом и программируемой архитектурой проблемно-ориентированный вычислительный комплекс (ПВК-1600) "Модуль-8". ПВК-1600 "Модуль-8" содержит 2048 параллельно работающих микропроцессоров 1815ВФ3 с программируемой структурой, 1486 микрокоммутаторов 1029КП2 и 1024 микросхемы регистровой памяти 1517ИР1 и 1517ИР2, разработанных в НИИ МВС и серийно выпускаемых электронной промышленностью. Производительность ПВК-1600 "Модуль-8" составляет 1600 миллионов операций в секунду (1600 Мипс). В систему заложено 1024 макрокоманды и базовых макроопераций. Система "Модуль-8" занимает 2 стойки общим объемом 1 м3. Потребляемая мощность равна 7 КВт, охлаждение воздушное, принудительное.
В период с 1991 по 1993 год НИИ МВС выполнял в качестве головной организации Межвузовскую научно-техническую программу "Супермакронейрокомпьютер", утвержденную приказом Гособразования СССР, в соответствии с которой ставилась задача разработать универсальный высокопроизводительный супермакронейрокомпьютер м программируемой самоорганизующейся архитектурой. В выполнении программы принимал участие ряд ведущих вузов страны.
Проект универсальной многопроцессорной вычислительной системы с программируемой архитектурой "Супермакрокомпьютер" был в общих чертах завершен в 1993 году. Для супермакрокомпьютера была использована специально разработанная в НИИ МВС элементная база с программируемой структурой, включая супертранспьютер, макропамять и макрокоммутатор, основанная на одномикронной технологии микросхем. Супертранспьютерная элементная база, в том числе супертранспьютер, макропамять и макрокоммутатор были изготовлены в виде опытных образцов в Минске на предприятии "Интеграл" на основе полуторамикронной технологии.
Супемакрокомпьютер дает возможность программировать структуру супертранспьютеров, наборы макроопераций, систему внутренних и внешних прямых каналов связи, структуру распределенной памяти, граф коммуникаций супертранспьютеров, внутренние языки высокого уровня и в определенной степени структуру внутреннего системного программного обеспечения и тем самым позволяет программировать архитектуру мультисупертранспьютерной системы в целом.
Супермакрокомпьютер строится на основе комплексирования базовых модулей, связанных между собой в единый реконфигурируемый ресурс с помощью мощной коммутационной системы, физически распределенной по базовым модулям, каждый из которых является функционально законченным супервычислителем, включающим мультисупертранспьютерный процессор, модуль распределенной макропамяти и устройство управления.
В состав супермакрокомпьютера входят 40 базовых модулей, содержащих 640 супертранспьютеров, 560 макрокоммутаторов и 640 кристаллов макропамяти. Производительность супермакрокомпьютера составляет 20 Гфлопс (20 миллиардов операций с плавающей запятой) при разрядности данных 32 и 64. Набор стандартных операций супермакрокомпьютера включает 512 макроопераций. Система коммутации представляет собой сеть n-гиперкубов, объединенных ортогональными шинами связи с общим числом входных и выходных каналов коммутации 15350. Емкость оперативной параллельной распределенной памяти 1,28 Гбайт. Пропускная способность системы коммутации 153,6 Гбайт в секунду. Пропускная способность входных и выходных каналов данных 51,2 Гбайт в секунду. Число параллельных бесконфликтных каналов доступа к распределеной памяти 2560. Общий объем системы 0,5 м3, потребляемая мощность 3,4 КВт. Система охлаждения - воздушная, принудительная.
К сожалению, построить разработанный супермакрокомпьютер оказалось невозможным из-за отсутствия в России одномикронной технологии микросхем и прежде всего из-за отсутствия необходимого финансирования.
В перечисленных выше разработках многопроцессорных вычислительных систем с параллельной программируемой архитектурой принимало участие большое число ученых, научных сотрудников, инженеров и техников, работающих в НИИ МВС, а также многие преподаватели кафедры вычислительной техники, научные сотрудники и инженеры ОКБ "Миус" и студенты ТРТУ. Перечислить их всех не представляется возможным. Отметим лишь тех, кто внес наибольший вклад. Это научный руководитель большинства разработок член-корреспондент РАН А.В. Каляев, доктора наук, профессора А.Н. Мелихов, О.Н. Пьявченко, О.Б. Макаревич, В.Ф. Гузик, Л.К. Бабенко, И.А. Каляев, В.Е. Золотовский, Г.А. Галуев, В.И. Кодачигов, И.А. Николаев, П.П. Кравченко, В.И. Божич, Е.И. Духнич, Ю.В. Чернухин. Это многие кандидаты наук, доценты и старшие научные сотрудники А.И. Гречишников, Ю.А. Арцатбанов, А.Н. Халявко, Н.А. Пудзенков, Р.В. Коробков, Г.А. Сулин, О.Б. Станишевский, Р.С. Кильметов, В.А. Телековец, И.И. Итенберг, Б.Г. Фрадкин, О.В. Катаев, В.Е. Сметанко, В.А. Сапрыкин, Ю.А. Брюхомицкий, В.А. Платонов, Г.Н. Евтеев, В.П. Носков, В.М. Тарануха, В.В. Жила, Е.Б. Механцев, В.П. Гондарев, В.В. Беспятов, С.Г. Капустян, И.И. Маркович, В.И. Лукиенко и многие другие.
Одновременно с опытно-конструкторскими исследованиями и работами в области многопроцессорных вычислительных систем с массовым параллелизмом в НИИ МВС был выполнен ряд опытно-конструкторских работ в области цифровых нейропроцессорных сетей и цифровых нейрокомпьютеров с массовым параллелизмом и программируемой структурой.
В 1977 году был разработан, изготовлен и экспериментально исследован цифровой нейроноподобный ансамбль, включающий 10 цифровых параллельно работающих нейропроцессоров, способных перестраивать свою структуру на реализацию функций как формально-логических, так и динамических модулей нейронов, а также гибкую коммутационную систему, обеспечивающую возможность программирования архитектуры нейропроцессорного ансамбля.
В 1987 году разработан и создан действующий образец универсального моделирующего комплекса для нейрокибернетических исследований, включающий персональный компьютер, нейропроцессор с программируемой структурой, используемый в качестве сопроцессора-акселератора, и комплект программных средств, обеспечивающий моделирование различных нейропроцессорных ансамблей и нейропроцессорных сетей с числом нейроэлементов до 32Ч104 и числом синаптических связей до 2,5Ч106. Комплекс обеспечивал моделирование широкого класса нейропарадигм и имел производительность 106 CUPS.
В 1989 году разработана первая в мире БИС цифрового нейропроцессора (ЦНП) с программируемой структурой на основе базового матричного кристалла. Структура нейропроцессора могла программироваться на реализацию различных типов нейронов, в том числе динамических, адаптивных по входам и выходам, формально-логических и других типов нейронов.
В 1990 году разработана и изготовлена в виде экспериментальной партии микросборка ансамбля цифровых нейропроцессоров, содержащая в одном корпусе микросборки 6 бескорпусных БИС цифровых нейропроцессоров и программируемый коммутатор, позволяющий программировать в микросборке различные типы нейропроцессорных ансамблей. Микросборка экспонировалась на всесоюзных и международных выставках и была отмечена серебряной медалью ВДНХ.
В 1992 году разработан и изготовлен экспериментальный образец первого в мире параллельного мультинейропроцессорного цифрового нейрокомпьютера с программируемой архитектурой в виде комбинированной нейрокомпьютерной системы, включающей персональный компьютер PC AT и параллельный сопроцессор-акселератор, состоящий из 15 параллельно работающих цифровых нейропроцессоров с программируемой структурой и программируемой коммутационной системы.
В работах по развитию теории и принципов построения цифровых нейропроцессоров, нейропроцессорных сетей и нейрокомпьютеров принимали активное участие член-корреспондент РАН А.В. Каляев, который руководил многими научными исследованиями и разработками в этой области; доктора наук, профессора Ю.В. Чернухин, Г.А. Галуев, В.И. Божич, И.А. Каляев, кандидаты технических наук Ю.А. Брюхомицкий, И.К. Боровков, научные сотрудники Г.В. Гайдученко, В.В. Ветер и многие другие сотрудники НИИ МВС, преподаватели ТРТУ и студенты.
Наряду с этим в НИИ МВС интенсивно велись опытно-конструкторские разработки бортовых интеллектуальных управляющих систем мобильных автономных адаптивных роботов колесного и шагающего типов, действующих в заранее неизвестной изменяющейся среде.
В 1979 году была разработана адаптивная система управления автономного робота, основанная на использовании однородной систолической структуры. Изготовлен и испытан действующий макет адаптивного автономного транспортного робота с дистанционным сенсором в виде фасеточного глаза. Робот находил путь к цели в заранее неизвестной среде с препятствиями и запоминал этот путь. При изменении расположения препятствий автоматически корректировался путь к цели.
В 1981 году была разработана адаптивная система управления для 5-степенного манипуляционного робота. Был изготовлен и испытан действующий макет подобного робота с тактильными сенсорными элементами. Эксперименты показали возможность эффективного адаптивного функционирования робота в сложной рабочей зоне с изменяющимся расположением препятствий.
В 1985 году в НИИ МВС была разработана, создана и испытана на естественном полигоне бортовая адаптивная система управления движением автономного транспортного робота-исследователя. Система обеспечивала адаптивное управление роботом в темпе его движения со скоростью до 5 километров в час в рабочей зоне размерами 64ґ64 м2.
В 1987 году была разработана, создана и испытана в реальных естественных условиях на склонах вулкана Толбачик бортовая адаптивная многопроцессорная система управления движением транспортного робота-исследователя, оснащенного лазерной дальномерно-обзорной сенсорной системой. Однородная управляющая структура разработанной системы содержала 1024 параллельно работающих вычислительно-коммутирующих ячеек. Робот функционировал в практически неограниченной рабочей зоне с заранее неизвестными препятствиями и двигался со скоростью до 10 километров в час.
В 1988 году разработан, изготовлен и испытан действующий макет системы управления движением шагающего транспортного робота. Разработанные принципы построения архитектуры системы и алгоритмы ее функционирования позволили создать бортовую систему управления, способную управлять согласованным движением конечностей двенадцатиногой шагающей машины, движущейся со скоростью до 20 километров в час. Испытания показали высокую эффективность работы созданной бортовой системы управления.
В 1990 году разработана и выпущена опытная партия сверхбольших интегральных схем (СБИС) однородной многопроцессорной системы, ориентированной на решение задач планирования траектории движения робота в сложной среде с препятствиями. Одна СБИС содержала 128 параллельно работающих элементарных процессоров.
В 1992 году была разработана бортовая многопроцессорная вычислительная система повышенной живучести для управления трехосной стабилизированной платформы "Аргус", создаваемой в рамках программы "Марс-94" и предназначенной для работы в составе орбитальной станции, исследующей поверхность Марса. В 1993-94г.г. были изготовлены и испытаны действующие образцы подобной системы, принятой заказчиком с высокой оценкой.
Активными участниками исследований и разработок в области систем управления адаптивными мобильными роботами с элементами искусственного интеллекта являлись доктора технических наук И.А. Каляев (руководитель многих НИР и ОКР), Ю.В. Чернухин, В.И. Божич,; кандидаты технических наук В.П. Носков, С.Г. Капустян, С.А. Черный, И.К. Боровков, О.В. Катаев, Л.Ж. Усачев, Н.П. Саламаха, научные сотрудники и инженеры И.В. Петручук, С.Г. Мудульян; С.Д. Чередниченко, Г.Л. Трунов, М.В. Петручук, И.В. Агузов, В.Н. Капустян и многие другие сотрудники НИИ МВС.
Параллельно с перечисленными научно-исследовательскими и опытно-конструкторскими работами велись исследования и разработки с целью создания перспективных микропроцессоров и перспективной микропроцессорной элементной базы эффективно приспособленной для параллельной работы в универсальных и проблемно-ориентированных многопроцессорных вычислительных системах с массовым параллелизмом, в параллельных нейропроцессорных сетях и параллельных нейрокомпьютерах, а также в бортовых системах управления автономных адаптивных мобильных роботов.
В 1973 году был разработан комплект больших интегральных схем К502, состоящий из трех микросхем, в том числе микросхемы интегратора, микросхемы сумматора приращений и микросхемы динамического регистра сдвига. В 1973 году были получены первые экспериментальные образцы комплекта микросхем К502, в 1973г. ПО "Изомер" (г.Новосибирск) выпустил опытную партию, а с 1974г. началось серийное производство комплекта микросхем К502. Комплект использовался для создания многопроцессорных вычислительных систем, управляющей и другой аппаратуры.
В 1982 году в НИИ МВС был разработан комплект микросхем "Девиз-3", состоящий из микропроцессора с программируемой структурой 1815ВФ3, реализующего крупные операции; матричного программируемого коммутатора 1509КП1, предназначенного для образования каналов связи между параллельно работающими процессорами и микросхемы ортогональной регистровой памяти 1517ИР1, используемой для создания распределенной памяти. Микросхемы комплекта выпускались с 1983 года опытными партиями, а с 1985 года серийно предприятиями Минэлектронпрома: ПО "Интеграл" в г.Минске, ЛОЭП "Светлана" в Ленинграде и ПО "Элькор" в г.Нальчике. Комплект "Девиз-3" был предназначен для проблемно-ориентированных многопроцессорных вычислительных систем с массовым параллелизмом, используемых для цифровой обработки сигналов, обработки радиолокационной и медицинской информации, обработки изображений, сейсмической информации и решения других подобных задач.
В 1988 году было разработано и запущено в серию на предприятии радиопромышленности "Фазотрон" второе поколение микропроцессорного комплекта с программируемой структурой. Комплект содержал три БИС, в том числе микропроцессор с программируемой структурой 4.601.ВЖЗ-0034, микрокоммутатор магистралей 4.601.ВЖЗ-033 и микросхему ортогональной регистровой памяти 4.601.ВЖЗ-0032. Эти микросхемы имели то же функциональное назначение, что и микросхемы микропроцессорного комплекта первого поколения, но отличались более высокими техническими характеристиками и возможностями.
В 1989 году в НИИ МВС разработана первая в мире БИС цифрового нейропроцессора, предназначенная для аппаратной реализации широкого класса математических моделей нейрона, в том числе формально-логических, динамических неадаптивных, динамических адаптивных по входу и выходу и т.п. Были изготовлены и испытаны экспериментальные образцы БИС цифрового нейропроцессора. БИС нейропроцессора обеспечивала производительность более 10 миллионов нейросоединений в секунду. Нейропроцессор имел 2 синаптических входа и 4 дополнительных входа, которые обеспечивали за счет комплексирования кристаллов образование любого количества синаптических входов. Разрядность входных синаптических данных и выходных данных нейропроцессора составляла 9 бит.
В 1990 году была разработана СБИС однородной мультипроцессорной вычислительно-коммутирующей структуры, ориентированной на решение задач моделирования внешней среды и планирования траектории движения адаптивного мобильного робота. СБИС содержала 128 параллельно работающих процессоров и обеспечивала возможность регулярного соединения с другими подобными СБИС для образования вычислительных полей большой размерности. Были выпущены опытные партии СБИС, которые использовались в реальных бортовых системах мобильных адаптивных роботов и при испытаниях на естественных полигонах показали высокую эффективность. На основе разработанной СБИС в 1992 году была разработана микросборка подобных СБИС, в которую входили 1024 вычислительно-коммутирующих элементарных процессора, объединенных в матрицу 32ґ32 ячейки. Были изготовлены и испытаны опытные образцы микросборки.
В 1993 году была разработана однокристальная матрица цифровых нейропроцессоров, предназначенная для построения массивов нейропроцессоров с различным числом синаптических входов и для создания на ее основе параллельных нейропроцессорных сетей и параллельных нейрокомпьютеров. Структура кристалла могла программироваться на 16 одновходовых процессоров, 8 процессоров с двумя синаптическими входами, 4 процессора с четырьмя синаптическими входами, 2 процессора с восемью входами и на 1 процессор с 16 синаптическими входами.
С целью создания универсальных сверхвысокопроизводительных суперкомпьютеров с массовым параллелизмом в 1993 году в НИИ МВС была завершена разработка макропроцессорного комплекта СБИС, включающего три интегральные микросхемы со степенью интеграции от 50 тысяч до 100 тысяч вентилей на кристалле, в том числе макропроцессор, макрокоммутатор и макропамять, которые имеют весьма высокие характеристики. В 1994 году на основе полуторамикронной технологии были изготовлены и испытаны экспериментальные образцы указанных СБИС. В основу построения макропроцессорного комплекта СБИС положены аппаратная реализация макроопераций, управление программированием структуры и синхронизацией вычислений на основе принципа потоков данных, обработка информации методом цифра за цифрой старшими разрядами вперед, аппаратная реализация машинного языка на всех уровнях программирования комплекта, информационная и функционально-конструктивная однотипность всех трех СБИС комплекта.
В разработке комплектов больших и сверхбольших интегральных микросхем для универсальных и проблемно-ориентированных многопроцессорных вычислительных систем, больших интегральных схем и микросборок нейропроцессоров для нейронных сетей и параллельных нейрокомпьютеров, а также СБИС однородных нейроподобных структур для систем управления адаптивных мобильных роботов активно участвовали кандидаты технических наук, доценты и старшие научные сотрудники А.Н. Халявко, К.А. Дедюлин, О.Б. Станишевский, Б.Г. Фрадкин, П.Г. Грицаенко, Б.Е. Механцев, А.В. Ерохин, В.П. Войнов, Р.С. Кильметов, Г.В. Рысухин, А.В. Ковалев, В.В. Беспятов, А.И. Гречишников, Ю.А. Брюхомицкий, Г.А. Галуев, доктора технических наук О.Б. Макаревич и И.А. Каляев, кандидаты технических наук, старшие научные сотрудники В.М. Козлов, М.М. Дымшиц, В.Н. Котов, научные сотрудники Л.И. Виневская, И.М. Пономарев, Н.Н. Дмитренко и многие другие.
В целях обеспечения надежности элементной базы многопроцессорных вычислительных систем, разрабатываемых в НИИ МВС, с 1978 года в институте был выполнен цикл госбюджетных и хоздоговорных НИР по разработке и созданию БИС устойчивых к воздействию внешних факторов, а также методов моделирования и прогнозирования радиационной стойкости БИС. Возглавил это направление к.т.н., доц. Балим Г.М. (ныне д.т.н, профессор). В результате выполненных НИР в НИИ МВС были созданы экспериментальные образцы радиационно-стойких БИС, на предприятиях электронной промышленности внедрены программы и методики расчета стойкости ИС к воздействию внешних факторов. Активное участие в развитии этого направления приняли кандидаты технических наук Кухаренко А.П., Кильметов Р.С., Рысухин Г.В., Сухоруков А.И., Краснопольский А.Г., Переверзев А.В.
После 1993 года структура НИИ МВС и структура его деятельности претерпели существенные изменения в связи с Российскими реформами, особенно в области науки и высшего образования. Резкое многократное сокращение централизованного бюджетного финансирования научных исследований привели к необходимости искать новые пути и формы выполнения и финансирования научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ, особенно научных исследований, носящих фундаментальный характер.
В связи с этим в последние годы из НИИ МВС выделились несколько групп сотрудников, которые образовали самостоятельные научно-конструкторские организации. В частности выделилась группа сотрудников во главе с к.т.н. И.И. Итенбергом, которая образовала научно-конструкторское бюро вычислительной техники, ориентированное на разработку бортовых многопроцессорных вычислительных систем. Выделилась группа сотрудников во главе с к.т.н., с.н.с. А.И. Гречишниковым, которая образовала самостоятельную опытно-конструкторскую фирму, ориентирующуюся на разработку многопроцессорных вычислительных систем для обработки радиолокационной информации. Наконец в 1998 году выделилась группа сотрудников во главе с д.т.н. В.И. Божичем, которая образовала в ТРТУ факультет информационной безопасности и несколько кафедр в области информационной безопасности. На факультет информационной безопасности была передана часть НИР и ОКР из НИИ МВС.
Несмотря на такую реорганизацию, НИИ многопроцессорных вычислительных систем, который с 1998 года возглавляет директор доктор технических наук, профессор И.А. Каляев, сохранил свой основной научный потенциал, наиболее квалифицированные кадры и главное свои основные научные направления и свой научный авторитет в России и за ее пределами. Более того, в научных исследованиях НИИ МВС был взят курс на более фундаментальный их характер, обеспечивающий получение новых важных фундаментальных научных результатов в основных научных направлениях НИИ МВС:
- в области многопроцессорных вычислительных систем с массовым параллелизмом, программируемой архитектурой и структурно-процедурной организацией вычислений;
- в области создания новой макропроцессорной элементной базы с программируемой структурой на основе перспективной ПЛИС-технологии;
- в области разработки систем управления с элементами искусственного интеллекта для адаптивных автономных мобильных роботов с использованием нейропроцессорных структур;
- в области нейропроцессоров, нейропроцессорных сетей и нейрокомпьютеров.
Во второй половине девяностых годов в НИИ МВС был выполнен ряд фундаментальных и прикладных научно-технических программ и проектов в рамках федеральных целевых научных программ России, в рамках научных программ Министерства науки и технологий РФ, Министерства образования РФ, в рамках программ и грантов Российского фонда фундаментальных исследований и по заданиям Секции прикладных проблем Российской академии наук. Был также выполнен ряд хоздоговорных НИР по заказам промышленных и научных организаций.
В течение девяностых годов НИИ МВС активно участвовал в выполнении Государственной научно-технической программы Российской Федерации "Перспективные информационные технологии". Член-корреспондент РАН А.В. Каляев входил в состав Научного Совета по этой программе, который работал при Министерстве науки и технологий РФ. В рамках программы "Перспективные информационные технологии" НИИ МВС выполнил ряд проектов. В частности, в 1995 году в рамках этой программы был выполнен проект "Принципы создания универсального сверхпроизводительного супермакронейрокомпьютера с программируемой самоорганизующейся архитектурой и элементами искусственного интеллекта". В 1997 году в НИИ МВС в рамках программы "Перспективные информационные технологии" был выполнен проект "Разработка и создание персонального суперкомпьютера с программируемой архитектурой и структурно-процедурной организацией вычислений".
В 1997-1999 годах в рамках проекта Российского фонда фундаментальных исследований (РФФИ) "Поддержка ведущих научных школ России" под руководством лидера ведущей научной школы члена-корреспондента РАН А.В. Каляева был выполнен по гранту РФФИ № 96-15-98282 проект "Теория и новые принципы построения архитектуры многопроцессорных вычислительных систем с массовым параллелизмом и программируемой архитектурой и методы структурно-процедурной организации вычислительного процесса". С 1999 года в НИИ МВС выполняется по гранту РФФИ № 99-07-90410 проект "Разработка и создание методов и программно-аппаратных средств для структурно-процедурной организации вычислений в суперЭВМ с программируемой архитектурой".
В 1997-1999 гг. под руководством А.В. Каляева была выполнена Межвузовская научно-техническая программа Минобразования РФ "Многопроцессорные ЭВМ с параллельной структурой и системы виртуальной реальности". НИИ МВС Таганрогского государственного радиотехнического университета являлся головной организацией этой программы. В выполнении программы участвовали 12 ведущих технических университетов Москвы, Санкт-Петербурга, Новосибирска, Новочеркасска и Таганрога. В итоге выполнения перечисленных программ и проектов получены следующие новые научные и прикладные результаты.
Разработаны методы программирования архитектуры универсальных многопроцессорных вычислительных систем с массовым параллелизмом, обеспечивающие динамический синтез в их структуре виртуальных проблемно-ориентированных вычислительных систем, производительность которых близка к пиковой практически на любых классах задач и растет линейно с ростом числа параллельно работающих процессоров. Разработаны аппаратно-программные средства программирования архитектуры универсальных многопроцессорных вычислительных систем с массовым параллелизмом.
Разработаны структурные и структурно-процедурные методы организации вычислительного процесса в многопроцессорных вычислительных системах с массовым параллелизмом и программируемой архитектурой. Разработана технология программирования многопроцессорных вычислительных систем для решения прикладных задач на основе структурно-процедурного процесса решения задач и аппаратно-реализуемых фрагментов вычислительного процесса - кадров, представляющих собой подграфы задач, в которых обрабатываются двумерные потоки данных и настройка на которые производится по единой управляющей программе.
Разработаны принципы организации и структура модульно-распределенной операционной системы многопроцессорной вычислительной системы с программируемой архитектурой, которая содержит интеллектуальные мониторы пользователей, системный монитор, планировщик заданий для распределения ресурсов системы, распределенную систему посттрансляции, обработчик аварийных нестандартных ситуаций и супервизор ввода-вывода.
Разработаны архитектурные принципы и конструктивные методы синтеза многопроцессорных вычислительных систем с массовым параллелизмом на универсальной модульной основе. В качестве такой универсальной основы разработан и реально создан экспериментальный образец базового модуля многопроцессорной вычислительной системы с массовым параллелизмом, который представляет собой многопроцессорную систему с программируемой архитектурой в минимальной конфигурации. Структура базового модуля и его программное обеспечение аппаратно и программно совместимы с другими базовыми модулями, а также с обычными компьютерами, включая персональные компьютеры. Это обеспечивает построение из базовых модулей многопроцессорных вычислительных систем с массовым параллелизмом и программируемой архитектурой в различных конфигурациях и с различной производительностью. Испытание базового модуля и решение на нем реальных задач полностью подтвердило его высокую эффективность, высокую производительность, широкие возможности и аппаратно-программную совместимость с существующими компьютерами.
Разработанный базовый модуль суперкомпьютера с массовым параллелизмом демонстрировался на ряде международных научно-технических выставок, в том числе:
- на выставке международной конференции PaCT' 97, Ярославль, Россия, 1997;
- на Международной выставке SIMO TCI' 97, Мадрид, Испания, 1997;
- на Международной выставке-ярмарке Russian week in Holland, Флиссенген, Голландия, 1997;
- на Всемирной выставке оргтехники, информации и телекоммуникаций CeBIT' 98, Ганновер, Германия, 1998;
- на Международной выставке SIMO TCI' 98, Мадрид, Испания, 1998;
- на Всемирной выставке оргтехники, информации и телекоммуникаций CeBIT' 99, Ганновер, Германия, 1999;
- на Всемирной выставке оргтехники, информации и телекоммуникаций CeBIT' 2000, Ганновер, Германия, 2000.
Разработаны также теоретические и экспериментальные методы оценки производительности многопроцессорных вычислительных систем с массовым параллелизмом. Показана существенная зависимость производительности от степени адекватности архитектуры вычислительной системы структуре решаемой задачи, от степени согласованности параллельно работающих процессоров, от объемов и сложности операций обменов информацией между ними. Показано, что подавляющее большинство известных экспериментальных методов оценки производительности многопроцессорных вычислительных систем, в основу которых положен метод оценки времени, за которое выполняется фиксированное задание (или число выполняемых фиксированных заданий в единицу времени), не дает гарантии в правильности оценки производительности. Развит более эффективный метод экспериментальной оценки производительности, в основе которого лежит метод оценки качества (точности) решения задачи или скорости приращения качества в процессе решения задачи.
Важно отметить, что в процессе выполнения упомянутых выше программ и проектов получены важные фундаментальные результаты, к которым можно отнести:
- математические методы синтеза проблемно-ориентированных архитектур в рамках универсальной модульно-наращиваемой многопроцессорной системы с массовым параллелизмом и программируемой архитектурой;
- математические методы синтеза унифицированных наборов макроопераций для решения задач из различных проблемных областей и программные средства поддержки технологии параллельного программирования, позволяющие создавать библиотеки наборов стандартных макроопераций;
- математические методы преобразования информационных графов задач различных классов в регулярную форму, позволяющую представить задачу в кадрово-рекурсивной форме и с высокой эффективностью решить ее на многопроцессорной системе со структурно-процедурной организацией вычислений;
- математические методы преобразования информационных графов алгоритмов задач различных классов в кадровую форму, эффективную для реализации в многопроцессорных системах с программируемой архитектурой;
- принципы формирования структуры данных, гарантирующей бесконфликтный параллельный доступ к каналам распределенной памяти многопроцессорной системы с программируемой архитектурой.
Активное участие в выполнении перечисленных проектов и программ в области многопроцессорных вычислительных систем с программируемой архитектурой и структурно-процедурной организацией вычислений принимали член-корреспондент РАН А.В. Каляев (руководитель проектов и программ), доктор технических наук, профессор И.А. Каляев (руководитель проектов), к.т.н., заведующий лабораторией И.И. Левин (руководитель и ответственный исполнитель проектов); кандидаты технических наук, старшие научные сотрудники и заведующие лабораториями О.Б. Станишевский, Э.В. Мельник, С.Г. Капустян, Г.А. Галуев, О.В. Катаев, А.П. Топчий; научные сотрудники и инженеры Л.И. Виневская, Н.Н. Дмитренко, В.В. Коробкин, С.А. Логвинов, М.В. Петручук, И.М. Пономарев, Г.Л. Трунов, А.В. Шматок; а также сотрудники кафедры вычислительной техники и ОКБ "Миус": д.т.н., профессор В.Ф. Гузик, к.т.н., доцент В.А. Каляев, к.т.н. А.И. Костюк, к.т.н. В.Г. Шаповал, к.т.н. М.М. Пцарева и ряд других сотрудников.
В области разработки и создания систем управления с элементами искусственного интеллекта для адаптивных мобильных роботов, а также в области нейропроцессорных структур и сетей, используемых в системах управления роботами, в НИИ МВС в девяностых годах был проведен широкий цикл как фундаментальных, так и прикладных научно-исследовательских работ и одновременно ряд опытно-конструкторских разработок.
По заказам Секции прикладных проблем Российской Академии наук (СПП РАН) и НИИ специального машиностроения МГТУ им. Н.Э. Баумана был проведен цикл работ по созданию бортовой вычислительной системы мобильных робототехнических комплексов. Разработаны принципы и методология построения бортовых многопроцессорных, распределенных, модульно-наращиваемых систем управления движением многофункцио-нального робототехнического комплекса, предназначенных для группового применения. Создан экспериментальный образец бортовой вычислительной системы управления, который передан заказчику.
Разработаны принципы построения и алгоритмы функционирования бортовых нейропроцессорных систем управления автономных адаптивных мобильных роботов, функционирующих в заранее неизвестной динамически изменяющейся среде.
Выполнены поисковые исследования и разработка прототипов интеллектуальных систем автономного и группового управления боевыми роботами, исследуются возможности создания танковых автономных робототехнических комплексов.
Разработаны методы алгоритмического обеспечения и аппаратные средства интеллектуальных систем автономных роботов.
Большой цикл научно-исследовательских работ в области робототехнических и нейропроцессорных систем выполнен в девяностых годах сотрудниками НИИ МВС в рамках ряда межвузовских научно-технических программ Минобразования РФ, а также в рамках грантов Российского фонда фундаментальных исследований.
В этих рамках разработаны теоретические основы построения интеллектуальной распределенной системы управления целенаправленным поведением коллектива микророботов, выполняющих единую общую задачу. Коллектив НИИ МВС принимал активное участие в выполнении межвузовской научно-технической программы Минобразования РФ "Робототехника для экстремальных условий" (1994-1996 гг.). В рамках этой программы были выполнены несколько проектов, в результате которых были разработаны алгоритмы функционирования и принципы построения многопроцессорной системы адаптивного управления движением автономного робота, было разработано программное обеспечение и аппаратно-программные средства интеллектуальных систем управления автономных мобильных роботов.
Ведутся научно-исследовательские работы в рамках межвузовских научно-технических программ Минобразования РФ: "Конверсия и высокие технологии" и "Лазерные и робототехнические технологии". Разрабатываются нейронечеткие контроллеры на основе эволюционных алгоритмов обучения для систем адаптивного управления транспортных средств. Разработаны нейронечеткие архитектуры адаптивных систем управления динамическими объектами, генетические алгоритмы обучения и оптимизации систем нейронечеткого управления. Разработаны алгоритмы распознавания трехмерных объектов по их плоскостному изображению и по частичному изображению.
Активное участие в перечисленных научных исследованиях принимали: доктор технических наук, профессор И.А. Каляев (руководитель большинства работ), к.т.н., с.н.с. С.Г. Капустян, к.т.н., с.н.с. Л.Ж. Усачев, научные сотрудники и инженеры И.В. Агузов, В.Н. Капустян, С.В. Стоянов и другие.
С 1992 года в НИИ МВС сформировалось и успешно развивается новое научное направление в области микросенсорных устройств, датчиков и микроизмерительных систем. Это направление приобрело большую актуальность и практическое значение в связи с развитием автономных робототехнических систем и потребностями различного рода промышленных, транспортных систем и автономно функционирующих объектов. В 1992-1999 годах в НИИ МВС в этом направлении выполнены по заказам различных предприятий и организаций следующие научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы.
По заказам ряда предприятий нефтехимического комплекса, таких как АО "Куйбышевазот", ПО "Синтезкаучук", ОАО "Тольяттиазот" разработаны и изготовлены в требуемых количествах несколько типов интегральных преобразователей и датчиков давления, адаптированных к измерительным системам и условиям эксплуатации предприятий Заказчика.
В результате комплекса работ, выполненных в рамках трех НИР по заказу предприятия НИИ "Физпроблем", разработаны конструктивно-техноло-гические принципы построения элементов энергонезависимых ЗУ и сенсорных устройств на основе многокомпозиционных сегнетоэлектрических материалов.
По заказам нескольких предприятий авиационно-технического комплекса, таких как ТАНТК им. Г.М. Бериева, КнААПО, НПП "ЛАТ" разработана и изготовлена серия интегральных датчиков и преобразователей давления для нескольких типов разрабатываемых самолетов-амфибий, адаптированных к их бортовым системам измерения.
В результате выполненных НИР и ОКР по заданиям предприятий ОАО НПО "Квант" и Концерна "Энергомера" разработана конструкция, выпущен комплект документации и организовано изготовление фотосчитывающих устройств для тарировки параметров промышленных и бытовых электрических счетчиков.
В период с 1997 по 1999 годы разработаны и изготовлены несколько вариантов датчиковой аппаратуры по заданиям предприятий автомобилестроительного комплекса, таких как ОАО АВТО АВЗ и ЗАО НПФ "МЕТА". Разработанные устройства в настоящее время используются для диагностического контроля параметров легковых автомобилей.
В организации и выполнении указанных работ активное участие принимали следующие сотрудники НИИ МВС: к.т.н. В.Н. Котов (руководитель работ), к.т.н., с.н.с. Л.П. Кобякова, а также ведущие научные сотрудники и инженеры В.Г. Клиндухов, Н.П. Щегольков, Г.А. Канищева, Ю.А. Поляниченко и другие.
Фундаментальные и прикладные результаты, полученные в НИИ МВС ТРТУ за тридцать лет научных исследований и опытно-конструкторских разработок, находятся на высоком научном уровне, в большинстве своем на уровне мировых научных достижений как в области компьютерных технологий, так и в областях искусственных нейронных сетей и нейрокомпьютеров, адаптивных робототехнических систем с элементами искусственного интеллекта и микропроцессорной элементной базы. В значительной части эти результаты не имеют аналогов в мире.
Большинство полученных в НИИ МВС за тридцать лет научных результатов опубликовано в монографиях, в статьях в центральных журналах и сборниках, во многих зарубежных научных изданиях. Сотрудниками НИИ за тридцать лет работы опубликованы 22 монографии, более 1800 научных статей, в том числе более 750 статей в центральной печати и более 150 статей в зарубежных и международных изданиях. Получено более 530 авторских свидетельств на изобретения и 10 патентов Российской Федерации. В НИИ МВС издано 27 сборников научных работ и проведено 16 всесоюзных и всероссийских научных конференций-семинаров по многопроцессорным вычислительным системам. Проведена также международная научная конференция "Интеллектуальные многопроцессорные системы". Ряд ученых НИИ МВС выступал с научными докладами на зарубежных и международных научных конференциях и конгрессах. Так член-корреспондент РАН А.В. Каляев выступал с научными докладами на научных конгрессах и конференциях в США, Англии, Германии, Италии, Ирландии, Японии, Венгрии, Болгарии и в других странах. Доктор технических наук, профессор И.А. Каляев выступал с научными докладами в Германии, Финляндии, Бельгии, Швеции. Выступали с научными докладами за рубежом д.т.н., профессор И.А. Николаев, д.т.н., профессор О.Б. Макаревич, д.т.н., профессор В.И. Божич, д.т.н. Г.А. Галуев, д.т.н., профессор А.Г. Тищенко, к.т.н., с.н.с. Э.Б. Шпилевский и ряд других сотрудников НИИ. Многие сотрудники НИИ МВС выступали на международных конференциях, проводившихся в СССР и в России, в том числе д.т.н., профессор Ю.В. Чернухин, к.т.н., с.н.с. Ю.А. Брюхомицкий, к.т.н. И.И. Левин, к.т.н. И.К. Боровков и другие.
По результатам научных работ НИИ МВС защищены более 10 докторских диссертаций и около 90 кандидатских диссертаций. Под научным руководством члена-корреспондента РАН А.В. Каляева были защищены 15 докторских диссертаций и более 50 кандидатских диссертаций.
НИИ МВС пользуется высоким научным авторитетом и получил признание как одна из ведущих научных организаций в области многопроцессорных вычислительных систем с массовым параллелизмом не только в научных кругах СССР и России, но также и за рубежом, в том числе в США, Германии , Англии и в других странах. В научной литературе США и Англии неоднократно публиковались статьи с высокой оценкой научных работ НИИ МВС ТРТУ в области суперкомпьютеров с массовым параллелизмом.
В результате исследований, экспериментальных и опытно-конструкторских работ, выполненных в НИИ МВС ТРТУ в течение 30 лет со дня его основания, получены крупные фундаментальные результаты и важные прикладные решения. Разработана новая, не имеющая аналогов в мире, концепция многопроцессорных вычислительных систем с массовым параллелизмом, программируемой архитектурой и структурно-процедурной организацией вычислений.
Многопроцессорные вычислительные системы с программируемой архитектурой обеспечили возможность программировать в их структуре виртуальные архитектуры любых проблемно-ориентированных многопроцессорных систем. В результате пользователь получил возможность для каждой конкретной задачи или конкретного класса задач создавать , программировать и перепрограммировать в многопроцессорной вычислительной системе с массовым параллелизмом виртуальную архитектуру адекватную структуре графа решаемой задачи. Это, в свою очередь, обеспечило достижение максимально высокой производительности универсальной многопроцессорной системы с массовым параллелизмом, производительности близкой к пиковой производительности системы практически на любых классах задач. При этом был также обеспечен линейный рост производительности системы при росте числа параллельно работающих процессоров.
Разработанный в НИИ МВС многопроцессорный суперкомпьютер с массовым параллелизмом и программируемой архитектурой имеет модульно-наращиваемую организацию системы, распределенную память с быстрым параллельным доступом процессоров к хранящейся информации и параллельную универсальную программируемую систему коммутации, которая обеспечивает программирование прямых каналов обмена информацией между процессорами, между элементами распределенной памяти, а также между процессорами, распределенной памятью и интерфейсом суперкомпьютера.
Многопроцессорный суперкомпьютер с программируемой архитектурой обладает высокой производительностью от 1 до 10 Терафлопс даже при той технологии микросхем, которой располагает Россия; высоким отношением производительности к стоимости, к затратам оборудования и к потребляемой мощности. Подобный суперкомпьютер обеспечивает производительность близкую к пиковой при решении любых классов задач, независимость производительности от классов задач и линейный рост производительности при росте числа параллельно работающих процессоров. Разработанный суперкомпьютер с программируемой архитектурой, предоставляет пользователю возможность программировать виртуальные проблемно-ориентированные многопроцессорные вычислительные системы под любые конкретные классы задач.
Такой суперкомпьютер способен осуществлять динамическую реконфигурацию собственной структуры и архитектуры в процессе решения задач; имеет возможность обрабатывать большие потоки данных в реальном и опережающем времени; хорошо приспособлен для решения задач математического моделирования и вычислительного эксперимента; эффективен для создания систем виртуальной реальности; пригоден для решения задач обработки сигналов и изображений, а также плохо формализуемых задач и задач искусственного интеллекта.
Многопроцессорный суперкомпьютер с массовым параллелизмом и программируемой архитектурой имеет по сравнению с другими аналогичными системами существенные преимущества по внутреннему машинному языку высокого уровня, близкому к внешним языкам высокого уровня и по простоте программирования и трансляции за счет кадровых структурно-процедурных принципов программирования. Суперкомпьютер с программируемой архитектурой обладает возможностью наращивания числа параллельно работающих процессоров, как в статическом режиме, так и в динамике в процессе решения задач за счет мощной программируемой внутренней системы коммутации. Разработанный суперкомпьютер с программируемой архитектурой, имеет высокую скорость обмена большими потоками информации с внешними объектами, малые габариты и малую потребляемую мощность.
Концепция суперкомпьютера с массовым параллелизмом, программируемой архитектурой и структурно-процедурной организацией вычислений обеспечивает повышение производительности такого суперкомпьютера по сравнению с параллельными суперкомпьютерами с жесткой архитектурой по крайней мере на один-два порядка при одинаковых технологических возможностях производства элементной базы. Но даже и в том случае, когда характеристики элементной базы ниже зарубежной на 1-2 порядка вследствие отставания в России технологии микроэлектронных схем, концепция суперкомпьютеров с программируемой архитектурой открывает возможность построить суперкомпьютеры с массовым параллелизмом, имеющие производительность, по крайней мере, на уровне лучших американских образцов.
Необходимо подчеркнуть , что совершенно бесперспективно пытаться копировать разработки суперкомпьютеров с массовым параллелизмом, выполненные в США и Западной Европе. Если следовать политике копирования и повторения западных исследований и разработок в области суперкомпьютерной и микропроцессорной техники, мы всегда, как показал наш предыдущий российский опыт, будем отставать на 10-15 лет. Но есть другой путь - путь, опережающей стратегии. Он состоит в том, что основное внимание и основное финансирование следует сосредоточить на новых идеях, на новых исследованиях и разработках, опережающих достижения Запада в области суперкомпьютерных и микропроцессорных технологий, и профинансировать создание лишь принципиально новых экспериментальных образцов суперкомпьютеров с массовым параллелизмом, которые могут затем лечь в основу создания опытных промышленных образцов и в основу организации в дальнейшем их серийного и массового производства на конкурентоспособном уровне.
И эта стратегия является для России единственной возможностью вырваться из компьютерного тупика, в который она попала, и выйти с минимальными затратами средств и ресурсов на уровень мировых суперкомпьютерных держав. Поэтому необходимо в кратчайшие сроки использовать для создания отечественных суперкомпьютеров разработанные в России новые научные идеи, в частности, идеи создания суперкомпьютеров с массовым параллелизмом, программируемой архитектурой и структурной реализацией вычислений, разработанные в НИИ многопроцессорных вычислительных систем Таганрогского государственного радиотехнического университета. Идея создания суперкомпьютера с массовым параллелизмом, программируемой архитектурой и структурно-процедурной организацией вычислений позволит совершить прорыв в создании отечественных суперкомпьютеров, не уступающих по своим характеристикам зарубежным. Это особенно важно, если учесть области применения современных суперкомпьютеров с массовым параллелизмом.
Суперкомпьютеры с массовым параллелизмом предназначены для решения таких сложнейших проблем современности, как фундаментальные и прикладные научные исследования, требующие обработки гигантских объемов информации в очень короткие промежутки времени, часто в реальном или даже опережающем масштабе времени. Суперкомпьютеры с массовым параллелизмом незаменимы при разработке новых современных технологий, особенно критических технологий, в различных производственных областях. Суперкомпьютеры с массовым параллелизмом являются основой вычислительного эксперимента, заменяющего дорогостоящие научные испытания сложнейших объектов или процессов, особенно вредных и опасных процессов, компьютерным моделированием. Без суперкомпьютеров с массовым параллелизмом невозможно моделировать современные экономические и социально-политические системы и прогнозировать их развитие. Суперкомпьютеры с массовым параллелизмом являются компьютерной базой для создания систем виртуальной реальности, которые воспроизводят компьютерными методами реальную обстановку в ее динамическом развитии. Это позволяет, в свою очередь, создавать тренажерные системы для тренировки высококлассных специалистов и для испытаний сложной аппаратуры, которые должны работать в чрезвычайно сложных или очень опасных ситуациях. Суперкомпьютеры с массовым параллелизмом незаменимы при моделировании и исследовании человеческих генов, при молекулярном конструировании лекарств, при моделировании и прогнозе экологических процессов и природных геофизических явлений, включая климат, загрязнение среды, сейсмические процессы.
В США поставлена задача: получить суперкомпьютеры, которые позволят с целью закрепления мирового лидерства США моделировать ядерные взрывы, что даст возможность содержать ядерные боеголовки в безопасном и боеспособном состоянии не производя реальных ядерных взрывов и не заражая среду. На реализацию этой задачи отпущены колоссальные средства.
Таким образом, уже в ближайшие годы суперкомпьютеры с массовым параллелизмом позволят обладающим ими странам решить многие глобальные жизненно важные научно-технические, экономические, геополитические и геофизические проблемы, известные под названием "Великие Вызовы".
В случае, если в России не будет решена проблема выполнения глубоких исследований, разработки и создания собственных суперкомпьютеров с массовым параллелизмом, то это приведет к следующим отрицательным последствиям:
- Россия будет лишена возможности вести фундаментальные научные исследования в важнейших научных направлениях на мировом уровне;
- Россия не сможет вести на мировом уровне прикладные исследования и опытно-конструкторские работы в области критических технологий;
- Россия не сможет иметь на мировом рынке конкурентоспособную продукцию наукоемких производств;
- обороноспособность России не сможет сравняться с обороноспособностью стран Запада;
- отставание России от стран Запада во всех сферах человеческой деятельности будет увеличиваться возрастающими темпами;
- Россия окажется страной полностью зависимой от стран Запада;
- восстановить свое положение великой державы в мире России окажется практически невозможным.
Таким образом, для предотвращения глобального отставания России от ведущих стран мира необходимо срочно приступить к созданию отечественного сверхвысокопроизводительного суперкомпьютера. И это тем более важно, что не приходится надеяться на то, что США или другие страны продадут России самые современные суперкомпьютеры вследствие их колоссального стратегического значения.
России необходимо сделать упор на разработку суперкомпьютеров, которые основаны на новых перспективных идеях, могут иметь наиболее высокие характеристики и по которым имеются наиболее глубокие отечественные фундаментальные проработки, подтвержденные экспериментальными исследованиями, что даст России возможность быстрейшего прорыва в области современных информационных технологий с наименьшими затратами.
Особенно большие перспективы при решении этой задачи будут иметь суперкомпьютеры с массовым параллелизмом и программируемой архитектурой, которые обеспечивают структурно-процедурную параллельную организацию вычислений и дают пользователю возможность программировать в составе универсальных параллельных суперкомпьютеров виртуальные проблемно-ориентированные параллельные суперкомпьютеры. Такие суперкомпьютеры пока еще не имеют аналогов в мире, но тенденция развития суперкомпьютеров с массовым параллелизмом идет явно в этом направлении. Если не воспользоваться этим преимуществом, то можно в очередной раз упустить уникальную возможность поднять отечественные информационные технологии на современный уровень и даже значительно превысить этот уровень.
При разработке таких сложных и дорогостоящих систем, как сверхвысокопроизводительные суперкомпьютеры с массовым параллелизмом, весьма важным является вопрос об окупаемости и сроках окупаемости инвестиций, вложенных в выполнение проекта. Иногда вопрос об окупаемости мощных суперкомпьютеров пытаются свести к реализации таких суперкомпьютеров на рынке. Подобная постановка вопроса является в корне неправильной. Непосредственной окупаемости суперкомпьютеров с массовым параллелизмом вследствие их малой серийности и очень высокой стоимости, которую могут оплатить только очень крупные фирмы или государственные организации, ожидать в принципе нельзя.
Окупаемость таких суперкомпьютеров наступает лишь в результате их использования для решения крупнейших глобальных проблем, стоящих перед страной в целом и перед отдельными крупными фирмами, предприятиями и организациями. Решение таких проблем будет приносить колоссальные прибыли, которые, к сожалению, оценить априори, хотя бы весьма приближенно, очень трудно и даже не всегда возможно. Чтобы провести достаточно точную оценку окупаемости проектов разработки суперкомпьютеров с массовым параллелизмом с учетом всей совокупности факторов, включая их реализацию на рынке и их применения для решения глобальных жизненно важных задач, необходимо привлечь научные организации экономического профиля.
Итак, НИИ МВС ТРТУ входит в новый двадцать первый век и в третье тысячелетие с крупными фундаментальными и прикладными научными достижениями, которые могут сыграть существенную роль в возрождении и подъеме могущества России. Отмечая тридцатилетие НИИ МВС, коллектив НИИ смотрит в будущее с оптимизмом и готов вложить накопленные за тридцать лет знания и опыт в развитие отечественной науки и отечественных компьютерных и информационных технологий на благо процветания России.