АКАДЕМИК Б.Н. ЧЕТВЕРУШКИН: «ИСТИНА ПРЕВЫШЕ ВСЕГО»

— Детство мое прошло в самом центре столицы, в доме рядом со знаменитым Елисеевским гастрономом, что на углу Тверской (тогда улица Горького). Мой отец был заместителем военкома Москвы, однако жили мы в коммунальной квартире, где помещались еще восемь семей. В 170-й школе вместе со мной учились дети многих известных артистов, которые и сами стали впоследствии знаменитыми, например, Андрей Миронов. Правда, я больше дружил с теми, кто играл в футбол. Школьные предметы давались легко, и о своих учителях я всегда вспоминаю с большой теплотой. Последний год проучился в школе, которую как раз открыли при Московском физико-техническом институте, а затем подал документы в этот вуз. В 1960 году конкурс там был 10 человек на место. Об уровне поступавших судите сами: тех, кто сдавал физику с математикой на тройки, в МФТИ не брали, зато принимали на мехмат МГУ. Я прошел конкурс, поступил на аэромеханический факультет. Впоследствии нашу группу передали на вновь образованный факультет управления и прикладной математики. С третьего курса начал стажироваться в Институте прикладной математики АН СССР. После окончания МФТИ остался там же в аспирантуре, с 1968 года работаю в Институте прикладной математики, который теперь носит имя академика М.В. Келдыша. А тогда Мстислав Всеволодович возглавлял ИПМ, где трудились многие знаменитые ученые — академики А.Н. Тихонов, А.А. Самарский, Я.Б. Зельдович и другие.

Я пришел в отдел Александра Андреевича Самарского, а он был учеником Андрея Николаевича Тихонова, автора концепции обратных и некорректных задач и методов регуляризации. Академик Тихонов пригласил меня на основанный им факультет вычислительной математики и кибернетики МГУ, он считал, что ученый обязательно должен преподавать свой предмет. Так, с 1972 года я читаю курсы лекций в Московском гос-университете. У студентов физико-технических специальностей до сих пор пользуется большим спросом учебник «Уравнения математической физики», написанный А.Н. Тихоновым и А.А. Самарским в соавторстве, потому что математическая теория там исходит из описания реальных физических явлений. Андрей Николаевич Тихонов всегда говорил, что математика должна идти от физики, от природы, не быть совсем абстрактной. Не буду утверждать, что это единственно возможный взгляд на царицу наук, но эта идея мне очень нравится, именно ею я руководствовался в своих исследованиях.  

— В 1985 году вышла моя книга «Математическое моделирование задач динамики излучающего газа». Мне удалось разработать простой и эффективный алгоритм для решения таких задач, требующих большого объема вычислений из-за сложной зависимости коэффициента поглощения от частоты фотона, с помощью оригинального метода лебеговского осреднения, что позволило получить очень хорошую формулу и свести сложную проблему к простой задаче переноса излучения.

Эффективным инструментом решения задач гидро- и газовой динамики оказались кинетически согласованные схемы. В отличие от других методов этот алгоритм в явном виде использует связь между кинетическим и газодинамическим описаниями сплошной среды. Кинетически-согласованные разностные схемы оказались эффективными также для решения задач магнитной гидродинамики и высокотемпературной газодинамики и для параллельных вычислений.

— Как известно, параллельные вычисления сейчас бурно развиваются, идет фантастический рост производительности вычислительной техники, преодолен уже экзафлопсный барьер, через десять лет мощность суперкомпьютеров будет измеряться зетафлопсами. Но этот стремительный прогресс таит в себе и проблемы. Когда в решении задачи одновременно используется огромное количество ядер и процессоров (а это необходимо, чтобы подробно описывать сложные процессы, например, турбулентность), то происходит резкое падение эффективности. Эти ядра и процессоры начинают мешать друг другу — представьте, что большая толпа людей пытается пройти через узкую дверь или ступить на ленту эскалатора. Чтобы решить эту проблему, нужны логические простые и при этом эффективные алгоритмы, но, как правило, эти два свойства не коррелируют.

Между тем вскоре мне стало ясно, что кинетические алгоритмы, разработанные для решения задач гидрогазовой динамики, легко адаптируются к архитектуре систем с экстрамассивным параллелизмом. Первые многопроцессорные расчеты мы провели с помощью наших кинетически-согласованных разностных схем. А первую в России вычислительную машину на графических платах (гетерогенную систему) установили в нашем институте в 2010 г. Этому очень способствовал тогдашний президент РАН академик Юрий Сергеевич Осипов, который в свою очередь обратился за поддержкой к В.В. Путину, и нам выделили необходимые средства — 65 миллионов рублей. Нас поддержало и научное сообщество, хотя не все сразу приняли наш подход. Впрочем, критика, даже несправедливая, помогает находить весомые аргументы, и если серьезно обосновать свою точку зрения, то она обязательно будет воспринята — в научной среде истина превыше всего.

— Президент РАН Геннадий Красников в блестящем докладе на декабрьском Общем собрании РАН обозначил многие из таких задач. Например, важно очертить область, где квантовые вычисления эффективны, а где нет. Перед прикладной математикой стоит задача создания алгоритма для квантового компьютера, а в перспективе и для фотонного.

Огромное поле деятельности сегодня — создание нейронных сетей. Под некоторые задачи вычислительную систему приходится обучать несколько месяцев. Чтобы ускорить этот процесс, требуется серьезная математика.

У нас в институте выполняются многие прикладные исследования, например, цифровое моделирование керна — образца горной породы, который геологи извлекают при бурении, чтобы получить данные о структуре самой породы и пустотного пространства, элементном, химическом и минеральном составе вещества, коэффициенте проницаемости и так далее. Это необходимо, чтобы оптимизировать стратегию разработки месторождения. Но в ходе различных лабораторных анализов образцы быстро загрязняются и становятся непригодными для дальнейшего изучения. «Цифровой керн», то есть его компьютерная модель, позволяет проводить цифровые эксперименты на одном и том же образце с различными условиями, моделировать процессы, которые невозможно воспроизвести в лаборатории, и многое другое. Для создания качественной цифровой модели нужны вычислители очень большой мощности, на 64 миллиарда расчетных точек. У нас пока таких машин нет.

Вообще для успешного решения названных задач необходима государственная программа фундаментальных исследований в области алгоритмов и матобеспечения для систем с экстрамассивным параллелизмом. И, конечно, нужно оснастить ведущие научные центры вычислительными системами высокой и сверхвысокой производительности. Экономить на этом нельзя.

— Сейчас многие подрабатывают в коммерческих структурах, где платят хорошие деньги. Бывает, студент не является на экзамен, а после приходит на пересдачу, потому что по «основному» месту работы его отправляли в командировку. В наше время подобное было немыслимо. Другой настрой был в обществе, другие ориентиры. Позитивная аура вокруг науки, профессии ученого создавалась литературой, кино — вспомним, к примеру, замечательный фильм «Девять дней одного года». А какой был всеобщий подъем, когда стало известно, что Гагарин полетел в космос! Помню тот день, я был первокурсником, лекцию нам читал известный ученый профессор Л.Д. Кудрявцев. И вот в аудиторию неожиданно входит один из членов комитета комсомола и сообщает об этом эпохальном событии. Лектор замечает: «Сегодня не 1 апреля, а 12-е». Ему отвечают: «Это не шутка. Это правда!». Ликовали все, правда, мы, физтеховцы, тогда считали, что в космос должны были запустить ученого. У нас были большие научные амбиции, нам хотелось добиться каких-то значимых результатов, что-то сделать для своей страны.

У сегодняшних студентов несколько иная мотивация, но, надо сказать, они очень хорошо чувствуют изменившуюся ситуацию в стране, а также перспективные, прорывные направления в науке и технологиях, а это ценно для будущего.    

Оптимизм вселяет и недавнее сообщение о том, что Президент России Владимир Путин поручил Правительству РФ до 1 марта, то есть в очень сжатые сроки, разработать и реализовать меры, направленные на увеличение вычислительных мощностей отечественных суперкомпьютеров. Это всем нам сегодня необходимо.