Элементы стратегии опережения. К единому...

ЭЛЕМЕНТЫ СТРАТЕГИИ ОПЕРЕЖЕНИЯ.

К единому компьютерному пространству распределённых и параллельных вычислений

с сетецентрической глобализацией парадигмы управления

Затуливетер Ю.С., Легович Ю.С., Каравай М.Ф., Фищенко Е.А. (Институт проблем управления РАН)

Артамонов С.Е., Козлов В.А. (ООО «ИДМ», г. Зеленоград )

Семёнов C.C. (ОАО ГНПП «Регион)

Конференция Industry Emerging. Необходимость интеллектуального превосходства

5 сентября 2012 года, Политехнический музей

• Переоснащение ВС и ОПК (23трл. руб.) ◦ государство планирует в течение десяти лет выделить почти

23 трлн. руб. на перевооружение армии, флота и модернизацию ОПК

• Новая индустриализация (43 трл. руб.) ◦ «…чтобы изменить структуру экономики, мы намерены провести

«новую индустриализацию», модернизировать или вновь создать до 25 млн современных рабочих мест. Главный вопрос - цена и источники проведения «новой индустриализации»

◦ «В ближайшие три года в экономику должно быть вложено почти 43 триллиона рублей»

◦ «…найти такие гигантские средства только за счет госбюджета и инфраструктурных компаний невозможно, поскольку это может привести к ослаблению макроэкономической и бюджетной устойчивости»

Стратегические задачи по обеспечению конкурентоспососбности РФ

2

Переоснащение армии и ОПК

3

Из сводки новостей 01 сентября 2012. …на заседании Совета по безопасности президент В.В.Путин сделал заявление о необходимости совершить комплексный прорыв в оборонной промышленности:

"Нужно совершить такой же мощный комплексный прорыв

в модернизации оборонных отраслей, как это было в 30-е

годы прошлого века"

Вице-премьер по ОПК Д.О.Рогозин о возникающих трудностях:

"Мы не можем себе позволить сохранять ситуацию, при которой

при падении качества производства, тем не менее, никоим образом

не зависит благополучие того, от кого это зависело. Скажем, у нас

спутники падают, корабли падают, семь аварий космических за

последние полтора года, а предприятия рублем не наказаны"

"…Процесс реформирования высшей технической школы при стремлении минимизировать расходы на образование превратился в борьбу за существование. Разрушалась материально-техническая и исследовательская база инженерных вузов …"

"Такая научно-техническая политика привела к губительным последствиям. … Число высококвалифицированных специалистов в ОПК сократилось почти в 10 раз… Набирал силу процесс «утечки умов» за рубеж."

"Практически для всех уровней инновационной системы России присущи дефицит квалифицированных кадров, возрастной дисбаланс, отсутствие мотивации в инновационной деятельности."

"В ХХI в. обозначились два ключевых фактора, воздействующих на выработку инновационных стратегий: глобализация и глобальная конкуренция, резко ускорившие темпы процесса внедрения инноваций, обусловившие появление новых лидеров-конкурентов…"

"Анализ предложений В.В. Путина в сфере научно-технической политики убеждает, что надежды на новую индустриализацию России после вступления в ВТО иллюзорны"

"Осуществим ли план новой индустриализации Путина?" (из критических публикаций)

4

Напоминают известный "Вердикт":

«Казнить {x} нельзя {y} помиловать»

x,y {"запятая", "пробел"}

Оценки реализуемости инициативы "Новая индустриализация " неоднозначны

5

x y Ситуация Комментарий :) "пробел" "пробел" Пат No comments

"пробел" "запятая" За Интуитивный оптимизм

"запятая" "пробел" Против Интуитивный пессимизм

"запятая" "запятая" Пат No comments

Не вполне понятно каким образом будет обеспечиваться

эффективность решения масштабных и сложных задач подъёма

страны в условиях сырьевой экономики и мирового кризиса

Для гарантированного достижения поставленных целей надо искать новые возможности

6

Кризисная ситуация не только в стране, но и в мире весьма неоднозначна и противоречива:

«Плохо» сегодня уже ВСЕМ…

Тезис 1: Готовых рецептов нет ни у кого (даже у DARPA :)

Тезис 2: Рассчитывать на спасительный импорт

"передовых" идей и "супертехнологий"

не приходится (и у себя уже не справляются)

Мир, ставший, посредством массовых компьютерно-

сетевых технологий, глобально связным, изменился настолько, что уже не может устойчиво развиваться

по прежним правилам… Требуется решение новых задач, которые не

сводятся к известным

• Стихийная глобализация информационного пространства посредством массовых компьютерно-сетевых технологий привела к неконтролируемому перепроизводству информации (информационный взрыв привёл к чрезмерному росту инф. шума)

• Мировая социосистема погружается в беспрецедентно новое информационное пространство с метрикой "всё зависит от всего и сразу"

• Наработанные принципы и полит-экономические механизмы управления устойчивым развитием утрачивают действенность, т.к. уже не отвечают новым требованиям в части:

◦ пропускной способности ◦ функциональных возможностей ◦ адаптации к сильным и быстрым структурным изменения глобального

информационного контекста

В этих условиях социосистема неизбежно теряет управляемость, что выражается в череде мировых

кризисов с нарастающей амплитудой

Новые факторы глобального действия

7

График от 4.09.12: http://quote.rbc.ru/exchanges/demo/index.0/NASD/intraday?show=intra3

Инвестиционная активность в области ИКТ (Нераскрытые тайны 00-х)

8

И

н

д

е

к

с

N

A

S

D

A

Q

1100

10.2002 11.2008 02.1996

2500

06.1999

Кризис 2000 (Ч. I) "Разочарование

в dotCOM" цена ~$2трл.

Ч. II: Кризис 2008 " Ипотечный "

цена ~$40-60трл.

Технический прогресс в 00-е: ~разы

СБИС:

колич. тр-ров: ~102

частота: ~10 память: ~102

Внешняя память HDD: ~103

Сети

WWW ПК: ~20 Мобильн: ~40

На беспрецедентные темпы

компьютерного прогресса

мировая экономика ответила… кризисами.

В чем причины невосприимчивости

мирового рынка к компьютерным рекордам ???

Вопросы для осмысления ситуации:

9

• «Куда идти?» (Необходим максимально общий и ОБЪЕКТИВНЫЙ взгляд)

• «Как двигаться?» Требуется: ◦научно обоснованный анализ новых классов задач ◦общие научные методы и формализмы их решения ◦новая технологическая платформа (универсальный инструмент)

• Тезис 3: Выигрывает тот, кто первый найдёт ответы понятные инвесторам

Подсказка: Циклограмма Кондратьева-Пуаре

Циклограмма смены инновационных парадигм в современной интерпретации Нормана Пуаре

Инновационные волны Кондратьева

1

2

3

4

1

2

3

4

1

2

3

4

1

2

3

4

1

2

3

4

1

2

3

4

(?)

Дважды в столетие

сменяются ключевые

инновацион-ные

технологии массового

производства, вокруг

которых развиваются

мировые инвестицион-

ные процессы

10

Davis M., Walter M.

Technology

Strategies. The Next

Wave: Revolution in

Process and

Contentedical data

management. Part 1:

The Next Wave of

Publishing Technology //

The Seybold Report.

Vol.3. N 15. Nov.15.

2003.

Расширенное воспроизводство достигается на участке инвестиционно-технологических S-волн с положительной второй производной (участок 2) • многократные инвестиции кратно окупаются; • прогрессивно растущая прибыль позволяет ускоренно

расширять масштабы производства и сферы влияния.

• В основе компьютерной волны лежит базовая модель последовательных вычислений Дж. фон Неймана (1948г.)

• Фаза расширенного воспроизводства этой волны началась с микропроцессорной революции (80-90-е) и перешла в фазу насыщения с кризисом доткомов

• Переход к началу фазы расширенного воспроизводства сетецентрической волны (2005г.) не состоялся ввиду отсутствия базовой модели универсально программируемых сетевых вычислений

От компьтерной волны к сетецентрической

11

Первопричины кризисов 00-х не видны с позиций накопленного опыта. В отсутствие полит-экономических методов решения новых проблем, остаётся два пути:

• опережающая разработка кибернетических моделей устойчивого развития в непрерывном спектре задач, а также способов и средств формирования общедоступного компьютерного пространства распределённых и параллельных вычислений с сетецентрической глобализацией парадигмы управления для их массового воплощения;

• либо неизбежное применение военной силы, которое также основывается на моделях сетецентрического управления.

Инстинкт государственного самосохранения требует искать ответы на каждый из этих вызовов. Они дают

необходимый инструментальный базис и откроют пути к эффективному решению проблем "новой индустриализации" и переоснащения ВС и ОПК

Направления движения

12

Свойства информационного пространства, в которое погружается социосистема, впрямую зависят от системных и функциональных возможностей компьютерной среды, поэтому нерешённые компьютерные проблемы оказывают тотальное влияние на социосистему

1) Для восстановления управляемости социосистемы необходимы качественно новые системные и функциональные возможности компьютерной среды

• универсальная и бесшовная программируемость • независимость системной сложности интеграции глобально

распределённых данных, программ, процессов и систем • надёжность процессов при недетерминированном составе

вычислительных узлов

2) Перераспределение сверхпотоков информации во взаимодействиях социальной и компьютерной сред

• массовые потоки алгоритмически формализуемой информации замыкаются в компьютерной среде в динамически перестраиваемых иерархиях контуров сетецентрического управления

• переработка трудно формализуемой информации осуществляется в социальной среде

Компьютерные резервы преодоления кризиса

13

Для опережающего перехода к новым принципам развития компьютерной среды требуется: • базовая модель сетевых вычислений, отвечающая требованиям

индустриального решения глобально связных задач

• разработка на основе новой модели вычислений немикропроцессорных компьютерно-сетевых архитектур с принципиально новыми системными и функциональными возможностями

• реализация на основе немикропроцессорных и высокопараллельных архитектур собственной элементной базы (ЭБ) и массовое её внедрение;

• формирование с использованием новой ЭБ математически однородного, бесшовно программируемого и свободно масштабируемого компьютерного пространства распределённых и параллельных вычислений;

• разработка принципов постановки, решения и программирования сильносвязных задач сетецентрического управления в едином математическом формализме этого пространства.

Переход от компьютерной волны к сетецентрической

14

• В сильносвязном пространстве "всё зависит от всего и сразу" задачи устойчивого развития утрачивают свойства локальности, т.к. становятся сильносвязными

• Сверхбыстрое изменение глобального информационного контекста требует непрерывного обновления структур, способов и алгоритмов безопасного и эффективного управления

• В сильносвязном пространстве требуется методологический переход от принципа презумпции локальности задач к презумпции их глобальной связности

Примеры классов сильносвязных задач и систем • "Ubiquitous Computing" ("Вездесущие вычисления", начало 90-х)

• "Internet of Things" ("Интернет вещей", середина 90-х)

• В 00-е появились концепции индустриальных уровней воплощения ◦ Future Combat System (FCS, ~$200 млрд.)

◦ Smart Planet (IBM),

◦ Smart Grid (Умные электроэнергетические сети).

• FuturICT (Европейская программа, ~1млрд. Евро , начало: 2013г) ◦ Planetary Nervous System

◦ Living Earth Simulator

◦ Global Participatory Platform

О характере новых задач

15

Об универсальности парадигмы управления Фундаментальное

строение контуров управления:

• съём значений внешних сигналов от внешней среды (сенсоры)

• преобразование значений сигналов в данные

• передача данных к местам накопления

• накопление данных

• выработка управляющей информации (с учётом входных данных и внутреннего состояния)

• обновление внутреннего состояния (с учётом входных данных и внутреннего состояния)

• доставка управляющей информации к исполнительным устройствам (акторам)

• преобразование управляющей информации в воздействия на внешнюю среду

• ожидание новых значений внешних воздействий

16

Двухуровневый кризис компьютерной среды

• на внутрикомпьютерном уровне ◦ структурное насыщение микропроцессорных архитектур ◦ тепловой барьер на пути наращивания рабочих частот

• на межкомпьютерном (сетевом) уровне ◦ непрерывное воспроизводство разнородных форм представления

данных и программ ◦ комбинаторный рост сложности интеграции разнородных данных,

программ, процессов и систем с увеличением размеров задач и компьютерной среды

◦ свойство универсальной программируемости изначально не распространяется на сетевые ресурсы

Фундаментальные препятствия на путях перехода к сетецентрической волне

17

• Первопричины кризиса компьютерной среды, как показали исследования, кроются в классической компьютерной аксиоматике (модель последовательных вычислений Дж. фон Неймана)

• Эта модель до сих пор остаётся логической основой компьютерной индустрии и лежит в основе массового производства компьютеров и программ. Однако, чем выше размеры решаемых задач в глобальных сетях и масштабы их влияния, тем в большей степени проявляется её несоответствие требованиям решения новых классов глобально связных задач

Первопричины двухуровневого компьютерного кризиса

18

Проблему удалось решить посредством математического обобщения модели Дж. фон Неймана, которое позволило: • ввести математически замкнутую форму представления структурно

сложной компьютерной информации • устранить причины непрерывного воспроизводства разнородных форм

представления данных и программ • бесшовно распространить свойство универсальной программируемости с

внутрикомпьютерных ресурсов на сетевые ресурсы • устранить внутрикомпьютерные причины комбинаторной зависимости

сложности интеграции глобально распределённых систем от их размерности

В новой модели системная сложность компьютерной среды перестаёт существенным образом зависеть от её размеров, что позволяет сформировать единое, бесшовное программируемое алгоритмическое пространство сетецентрического управления и обойти "комбинаторное проклятие" сложности создания и интеграции глобально связных систем распределённой обработки данных (кардинальное снижение себестоимости и сроков)

Устранение причин кризиса компьютерной среды на фундаментальном уровне

19

Элементы новой модели

20

От микропроцессорной архитектуры к немикропроцессорной

21

Микропроцессорная архитектура:

«умная» арифметика «глупая» память

Микропроцессор

Системная плата

НЕмикропроцессорная архитектура:

«умная» память «глупая» арифметика

Однокристальный сетевой компьютер

21

Построение отечественной элементной базы для свободно масштабируемых систем сетецентрического управления

• Новая ЭБ станет основой универсальной свободно масштабируемой компьютерной платформы для создания и интеграции систем сетецентрического управления

• Новая платформа открывает возможности в осязаемые сроки и при ограниченных затратах произвести переоснащение ВС и ОПК с опережением мирового уровня

22

Однокристальные многоядерные вычислители Состояние проблемы в мире

23

Нанотехнологии: 65,45,32,22,12нм ~1,2,4,9,30 млрд.тр-ров • тепловой барьер ограничивает рост частоты

• производительность за счет архитектурного параллелизма ◦ многоядерные кристаллы на основе универсальных микропроцессоров не

дают роста производительности пропорционального числу ядер

◦ главным инструментом наращивания производительности становятся однокристальные архитектуры с массовым параллелизмом (MultiSIMD, VLIW)

Однокристальные многопроцессорные компьютеры • Графические процессоры общего назначения (GP GPU):

◦ nVIDIA Fermi (2010г.,45нм, 3млрд.тр. 512процессоров, до 1Tflops, плата~$5000)

◦ видеопроцессоры AMD

•Физич. процессоры (PPU), игровые консоли и сопроцессоры: ◦ Physics Processing Unit (PPU) AGEIA PhysX (130 нм, 125млн.тр., 500 МГц,

VLIW, 4 VPE x 4 VPU x 2 DPU x 3 FP ops = 96 Flop/такт=48Gflops)

◦ Cell (IBM,Sony,Toshiba) (90нм, 234млн.тр., 8 -32 проц-ров, SIMD, 218Gflops)

◦ ClearSpeed (2008г., 90нм, 250Мгц, 192 процессора, SIMD, 96 Gflops(дв.точн.), 12 W, 8Gflops/W , плата~$3000)

Развитие линейки суперкомпьютеров ПС-2х00

1972-1975 Фундаментальные

исследования. Разработка

оригинальной архитектуры

ПС-2000

Гибридная архитектура:

Хост-компьютер и мультипроцессор ПС-2000

SIMD/MIMD архитектура

До 64 процессорных элементов

Целочисленная и плавающая арифметика

Рабочая частота - 3.3 MHz

Производительность – 200 MIPS, 50 MFLOPS

Гибридная архитектура:

Хост-компьютер и до 10-ти мультипроцессоров

ПС-2100

MultiSIMD/MIMD/MPMD архитектура

Целочисленная и плавающая арифметика одинарной и двойной точности

Рабочая частота – 7,3 MHz

Производительность – 1500 MIPS, 400/50 MFLOPS

ВК ПС-2000 ОКР: 1976-1980гг.

Серийное производство (246экз.): 1981-1989гг.

ВК ПС-2100 ОКР: 1986-1988г.г.

Опытные образцы 1989гг.

ПС-2X00 1989-1993 гг.

Разработка элементной базы для

следующего поколения ПС-2000

1й в мире проект многоядерного ЧИПа

1994г. государственная

поддержка опережающего

мировой уровень проекта была прекращена

2012г.

Проект будет возобновлён.

Цель – выход на мировой рынок

Структура многопроцессорного компьютера ПС-2000 и компоновка кристалла СБИС

25

Программно-совместимое

масштабирование однокристальных

многопроцессорных компьютеров

ПС-2000+

1 ТФлопс = 1012 операций с

плавающей точкой в секунду

40 nm (~2 млрд. транзисторов, 0,5-1 ГГц)

1024 процессорных элементов (ПЭ)

распределённая по ПЭ память: ~64 MB

Производительность: ~1-2 ТФлопс/чип



распределённая по ПЭ память: ~128 MB




распределённая по ПЭ память: ~ 256 MB










Решение задач в едином формализме

27 Графодинамические системы

• На переходе к новой инновационной волне сетецентрического управления, требующей обновления компьютерной аксиоматики, глубинный внутрикомпьютерный кризис выравнивает стартовые позиции и предоставляет уникальный шанс для опережения в стратегически важных направлениях

• Сетецентрическая глобализация парадигмы управления в едином компьютерном пространстве распределённых и параллельных вычислений открывает общедоступные возможности эффективной интеграции совокупного потенциала глобальной компьютерной среды для эффективного решения задач "новой индустриализации" и переоснащения ВС и ОПК

• Своевременная реализация отечественной элементной базы на основе новых моделей и архитектур является ключевой задачей в формировании единого пространства распределённых и параллельных вычислений с сетецентрической глобализацией парадигмы управления

Выводы

29

Ссылки по теме: http://www.ipu.ru/sites/default/files/publications/%D0%BF%D1%80%D0%B5%D0%BF%D1%80%D0%B8%D0%BD%D1%82%20%D0%BF%D1%81-2000__.pdf

http://zvt.hotbox.ru/Zatuliveter_(SICPRO_2008).pdf

http://www.ipu.ru/sites/default/files/publications/Zatuliveter_InfPrirodaSocPeremen_.pdf

Контакты: [email protected]

30

Элементы стратегии опережения. К единому...

Documents

Transcript of Элементы стратегии опережения. К единому...