Суперкомп’ютер як платформа для інноваційного розвитку

Abstract

Вступ. В Інституті кібернетики імені В.М. Глушкова НАН України функціонує найбільший в Україні суперкомп’ютерний комплекс СКІТ, загальна пікова продуктивність якого сягає 43 трлн операцій на секунду. Суперкомп’ютер ефективно вирішує завдання максимально широкого спектру — від дослідження надр Землі до лінгвістичних студій та від генетики до моделювання еволюції чорних дір. Одне зі своїх застосувань комплекс знайшов в рамках науково-технічного проекту НАН України під час розв’язання задач фотограметрії при партнерстві з Громадською організацією «Pixelated Realities», що займається просуванням цифрових методів як для реставрації, реконструкції, дослідження об’єктів культурної спадщини, так і для планування й ревіталізації (пожвавлення) міського простору. Мета. Створення спеціалізованого програмно-апаратного комплексу на базі суперкомп’ютера СКІТ для вирішення ресурсоємного завдання фотограмметрії. Матеріали й методи дослідження. Програмно-апаратний комплекс створено на базі оригінальної архітектури суперкомп’ютера СКІТ та фотограмметричного методу побудови тривимірних сцен, який полягає у відтворенні 3D- об’єкту за фотографіями. Завдання фотограмметрії передбачає обробку десятків тисяч фотографій для створення тривимірних сканованих образів пам’ятників, історичних будівель, археологічних розкопів та урбаністичних об’єктів з використанням програмного забезпечення RealityCapture. Результати дослідження. Інноваційним результатом проекту є створення першого в Україні спеціалізованого програмно-апаратного комплексу, який використовує високопродуктивні обчислення для вирішення завдань тривимірної реконструкції за фотографіями. Також в Інституті кібернетики разом з партнерами розроблено спеціалізований програмно-апаратний комплекс «Хмарна кіностудія». Висновки. Створення спеціалізованого суперкомп’ютерного сегмента та приклади його використання продемонструвавали ефективність таких рішень в напрямі тривимірного моделювання й мультиплікації, а також наявність значного інтересу та великого ринку суперкомп’ютерних технологій. «Хмарна кіностудія» продовжила успішний досвід створення спеціалізованих обчислювальних систем, призначених для розв'язання важливих прикладних науково-технічних завдань.

Introduction. The largest in Ukraine supercomputer complex SKIT with total peak performance of reaching 43 trillion operations per second operates at the Glushkov Institute of Cybernetics of NAS of Ukraine. The supercomputer effectively solves the tasks of the widest possible spectrum, from the study of the Earth's interior to linguistic studios, from genetics to modeling the evolution of black holes. The complex has found one of its applications in solving photogrammetric problems within the framework of R&D project of the NAS of Ukraine in partnership with Pixelated Realities NGO that deals with the promotion of digital methods for restoration, reconstruction, and research of objects of cultural heritage and with planning and revitalization of urban space. Purpose. The purpose of the project is to create a specialized hardware and software complex based on the SKIT supercomputer to solve the resource-intensive photogrammetric problem. Materials and methods. The software and hardware complex is based on original architecture of the SKIT supercomputer and photogrammetric method of building 3D scenes, which is reproducing the 3D objects by photographs. The task of photogrammetry involves the processing of several ten thousand photographs to create 3D scanned images of monuments, historic buildings, archaeological excavations, and urban objects using RealityCapture software. Research results. The project innovative result is the creation of the first in Ukraine specialized software and hardware system that uses high-performance computations to solve the problems of 3D reconstruction by photographs. Also, the Institute of Cybernetics, together with its partners, has developed Cloud Studio specialized hardware and software system. Conclusions. The creation of specialized supercomputer segment and examples of its use have demonstrated the effectiveness of such solutions in 3D modeling and animation, as well as the presence of a significant interest and a large market of supercomputer technologies. The Cloud Studio continues a successful experience of creating specialized computing systems designed to solve important applied R&D problems.

Введение. В Институте кибернетики имени В.М. Глушкова НАН Украины функционирует наибольший в Украине суперкомпьютерный комплекс СКИТ, общая пиковая продуктивность которого достигает 43 трлн операций в секунду. Суперкомпьютер эффективно решает задания максимально широкого спектра — от исследования недр Земли до лингвистических студий и от генетики до моделирования эволюции черных дыр. Одно из своих применений комплекс нашел в рамках научно-технического проекта НАН Украины во время решения задачи фотограмметрии при партнерстве с Общественной Организацией «Pixelated Realities», которая занимается продвижением цифрових методов как для реставрации, реконструкции, исследования обьектов культур ного наследия, так и для планирования и реализации (оживления) городского пространства. Цель. Создание специального программно-аппаратного комплекса на базе суперкомпьютера СКИТ для решения ресурсоемкой задачи фотограмметрии. Материалы и методы исследования. Программно-аппаратный комплекс создан на базе оригинальной архитектуры суперкомпьютера СКИТ и фотограмметрического метода создания трехмерных сцен, которое заключается в воссоздании 3D-обьекта по фотографиям. Задача фотограмметрии предусматривает обработку десятка тисяч фотографий для создания трехмерных сканированных образов памятников, исторических строений, археологических раскопок и урбанистических объектов с использованием программного обеспечения RealityCapture. Результаты исследования. Инновационным результатом проекта есть создание первого в Украине специального программно-аппаратного комплекса, который использует высокопродуктивные вычисления для решения заданий трехмерной реконструкции по фотографиям. Также в Институте кибернетики вместе с партнерами разработано специальный программно-аппаратный комплекс «Облачная киностудия». Выводы. Создание специального суперкомпьютерного сегмента и примеры его использования продемонстрировали эффективность таких решений в направлении трехмерного моделирования и мультипликации, а также наличие большого интереса и значительного рынка суперкомпьютерных технологий. «Облачная киностудия» продолжила успешный опыт создания специализированных вычислительных систем, предназначенных для решения важных прикладных научно-технических задач.