Институт Проблем Химической Физики РАН

Волохов В.М.Волохов В.М., д.ф.-м.н., зав. отделом вычислительных и информационных ресурсов

Дубна, декабрь 2010, Проблемы и механизмы формирования национальной инновационной системы Российской Федерации

Перспективы развития Перспективы развития GRIDGRID сервисов сервисовв области вычислительной химиив области вычислительной химии

Химия Химия – – науканаука о материалахо материалах,, т.е. о мире т.е. о мире,, в в котором мы живемкотором мы живем

Константы скоростей реакций

Промышленные параметры

реакций

Производство новых и измененных материалов

ПОТРЕБИТЕЛИ: люди, корпорации, промышленность…

Особенности синтеза новых и измененных

материалов

Новые и улучшенные технологии производства материалов

квантово-механическое и молекулярно-динамическое моделирование

Оптимизация наноматериалов и наноструктур

Дубна, декабрь 2010

Квантово-химические расчетыКвантово-химические расчетыэлектронная структура молекул, потенциалы взаимодействия, строение вещества…

Квантово-статистический уровеньрасчет моделей с учетом ближайшего окружения кластеров атомов и малых молекул

Иерархический многомасштабный подход к моделированию объектов Иерархический многомасштабный подход к моделированию объектов от квантового до макроуровняот квантового до макроуровня

Квантово-механический уровеньмалые кластеры из 10-100 атомов (возможные в материале фазы)

Кинетический уровеньсистемы из 1000 и до 1 млн.атомов, т.е. объекты размером 100-1000 нм3

a) эволюция квантовых неравновесных систем, состоящих из сотен кластеровb) методы молекулярной динамики (уравнения классической механики) для атомов и малых

молекул, рассматриваемых как классические частицы

Мезоскопический уровеньвязкость, теплопроводность, коэффициенты трения, волновые процессы в элементах,

мезо- и макроскопические процессы в материалах и т.д.

Уровень сплошных сред и уровень конструкцийопределения параметров метода конечных элементов, реализующего модели сплошной

среды и модели уровня конструкций, на основе теории механизмов и машин и теории сложных систем

Дубна, декабрь 2010

Служит точкой доступа к трем ведущим российским GRID-полигонам: EGI-RDIG, СКИФ-Полигон, Национальная Нанотехнологическая Сеть

Дубна, декабрь 2010

Web-ориентированный GRID-порталhttp://grid.icp.ac.ru

Веб-интерфейс для подготовки данных, запуска и мониторинга квантово-химического пакета GAMESS-US и многопараметрических

задач в распределенных средах

Дубна, декабрь 2010

Более 20 российских научных академических, вузовских и производственных организаций проводят работы в области вычислительной и квантовой химии и смежных отраслей науки (биохимия, фармацевтика, нанотехнологии, нефтехимия и т.п.):

МГУ, СПбГУ, практически все федеральные и некоторые региональные университеты, Институт проблем химической физики, Институт химической физики им. Н.Н. Семенова, Межведомственный Суперкомпьютерный Центр РАН, Институт органической химии им. Зелинского, Казанский научный центр РАН, НИИ физической и органической химии, Институт элементоорганических соединений имени А.Н. Несмеянова и другие организации РАН.

Сообщество и его интересыСообщество и его интересы

Дубна, декабрь 2010

В большинстве из них ведется работа по:• математическому моделированию молекулярных и наноструктур, а

также сложных биоструктур методами квантовой химии; • молекулярной механике и молекулярной динамике;• моделированию различных реакций (включая каталитические,

топливно-энергетические и т.д.), предсказательная оценка свойств новых материалов и лекарств на основе процедур докинга.

• и многое другое…

Проблемы создания и развития Проблемы создания и развития GRIDGRID сервисовсервисов

• Отсутствие заинтересованности со стороны производства – общая низкая культура проведения технологических разработок в

большинстве НПО и промышленных организаций;

– неумение (и нежелание) использовать результаты математического моделирования и высокопроизводительных расчетов.

• Нехватка квалифицированных специалистов как со стороны вычислителей (системщики, программисты), так и со стороны пользователей (химики, технологи);

• Практическое отсутствие отечественных прикладных пакетов --> высокая стоимость ПО, лицензионные ограничения, сокращенная область использования, трудности освоения;

• Высокие экономические затраты на создание и эксплуатацию вычислительных ресурсов и инфраструктуры;

• Неурегулированность правовых отношений между собственниками вычислительных сервисов (в том числе GRID) и потребителями

Дубна, декабрь 2010

Возможные способы решения проблемВозможные способы решения проблем• Стимулирование пользователя (промышленного в первую

очередь) для использования вычислительных GRID сервисов

– отсутствие или минимальная оплата пользования GRID ресурсами на первых стадиях инновационных разработок;

– обучение пользователей – как очное, так и в режиме интерактивного on-line -> создание информационных web-ресурсов по обучению работе с интерфейсами прикладных пакетов и с GRID ресурсами;

– введение в планы обучения прикладных специалистов (инженеров, химиков и т.п.) дополнительных курсов обучения работы с прикладными пакетами ПО и проведение студентами обязательных расчетов реальных научно-технических и инженерных задач с использованием суперкомпьютеров и GRID структур;

– создание дружелюбных, c большим количеством базовых шаблонов, интерфейсов (WWW-ориентированных) к GRID ресурсам;

– введение государством в качестве обязательного условия сертификации применения средств математического моделирова-ния и тестирования для разработки ряда товарных продуктов

Дубна, декабрь 2010

Возможные способы решения проблемВозможные способы решения проблем (продолжение)(продолжение)

• Государственная политика и стимулирование разработчиков прикладных GRID сервисов и ресурсов– создание государством (или долевое участие) вычислительной

инфраструктуры (суперкомпьютеры, кластеры средних масштабов, высокоскоростные каналы связи и т.п.);

– компенсация государством части эксплуатационных расходов суперкомпьютерных центров;

– налоговые льготы на разработку отечественного прикладного ПО, создание ориентированных на это инновационных парков;

– совершенствование нормативно-правового регулирования в области стратегических информационных технологий;

– в области государственного образования: (а) расширение количества бюджетных мест в вузах для специальностей «системное администрирование/программирование», «прикладное программирование» и т.п.; (б) проведение повышения квалификации вузовских преподавателей по данным специальностям

Дубна, декабрь 2010