Какие задачи решают современные суперкомпьютеры?
Суперкомпьютеры очень популярны во всем мире. Лидерами на сегодняшний день в создании и разработке таких компьютеров являются американские, японские и китайские исследователи. В последнее время стали говорить об экзофлопных компьютерах, способных совершать обработку информации с фантастической скоростью. Но важно не то, что работа компьютера в конечном итоге превращается в цифры, а что до этого они являются формулами, идеями, логическими операциями и так далее.
В России сейчас тоже имеется приличное количество мощных компьютеров, способных достигать 10 петафлопс. Суперкомпьютеры решают в современном мире огромное количество важных задач, и каждая задача тем или иным образом связана с коммерциализацией. Разумеется, есть задачи фундаментального типа, например расширение Вселенной. С первого взгляда кажется, что это чистой воды теоретическая физика, проблемы образования расширения Вселенной и так далее. Но существуют отделы прикладной математики, которые постоянно контактируют с практическими организациями, так как теоретические методы и алгоритмы, которые они развивают, вполне подходят для решения «земных» задач. Все эти задачи можно разделить на два типа. Одни задачи модельные. Как правило, они связаны с решением систем обыкновенных дифференциальных уравнений, а также уравнений частных производных. Например, есть задачи, которые касаются решения системы электродинамики, — знаменитое уравнение Максвелла. Очень много процессов связано с задачами электроразведки, помехоустойчивости, радиолокации и множеством оборонных задач. Все эти задачи решаются с помощью компьютеров.
Существуют задачи, которые довольно быстро внедряются в бизнес-процессы. Наиболее близкие и понятные — это задачи естественной разведки нефти и газа и эксплуатации нефтяных скважин. Прямые задачи электроразведки и сейсморазведки — о распространении волн в неоднородных средах, где залегают нефтяные и газовые пласты. В таких задачах присутствуют три координатных независимых переменных и время. Для решения таких задач необходимо решать совместно систему уравнений механики деформирования твердого тела и систему уравнений гидродинамики. Таким образом, полностью рассчитываются динамические процессы в сложнейшей геологической среде. Далее происходит отражение этих волн от нефтегазовых пластов. На поверхности стоят датчики, которые фиксируют эти отражения, но они, к сожалению, принимают очень зашумленную, не всегда понятную информацию. Чтобы ее расшифровать, необходимо решение так называемой обратной задачи. Это самостоятельная непростая трехмерная математическая задача оптимизации. Сравнивая расчетные данные и данные датчика, мы имеем возможность построить функционал, который можно минимизировать, и определить геометрию нефтяных или газовых залежей, а также их свойства. Для нефтегазовой промышленности это очень важно, потому что таким образом происходит разведка месторождений, оценка объемов газа и нефти, а также уровня трудности их добывания. Математическое суперкомпьютерное моделирование всего этого процесса позволяет довольно точно все вычислить и оптимизировать затраты на сейсморазведку и добычу.
Полный текст статьи читайте на Postnauka.ru
