СУПЕРКОМПЬЮТЕР РЕАЛИЗУЕТ НАУЧНЫЕ ПРОЕКТЫ СТРАТЕГИЧЕСКОГО ЗНАЧЕНИЯ

Статья Председателя Правления - ректора КазНУ им. аль-Фараби

Жансеита Туймебаева в газете "БІЛІМДІ ЕЛ"

В ведущих странах суперкомпьютерные технологии стали важным показателем уровня развития и ключевым инструментом для обеспечения конкурентных преимуществ в различных отраслях экономики. Их применение охватывает такие сферы, как наука и образование, промышленность, здравоохранение, энергетика и оборона, позволяя решать задачи, требующие колоссальных вычислительных мощностей и высокой скорости обработки данных.

«Университеты должны подготовить новое поколение отечественных инженеров, исследователей и предпринимателей, способных создавать передовые технологии, соответствующие современным мировым потребностям и стандартам. Это поколение станет фундаментом будущей технологической независимости страны, а также драйвером инновационного развития экономики», – отметил Президент на первом заседании Совета по развитию искусственного интеллекта.

«Однако нельзя забывать, что глобальный спрос на специалистов в области искусственного интеллекта очень высокий и в ближайшие годы будет продолжать расти, опережая возможности системы образования по их подготовке. Поэтому крайне важно, чтобы каждый специалист, независимо от сферы своей деятельности, в дополнение к своей основной профессии овладел цифровыми навыками и научился применять возможности искусственного интеллекта в практической работе. Это позволит не только повысить эффективность труда, но и сохранить конкурентоспособность отечественных специалистов в условиях глобальной цифровой трансформации, – подчеркнул Президент Касым-Жомарт Токаев.

Роль системы высшего образования особенно важна в реализации цифровой трансформации Казахстана. Университеты должны обновлять образовательные программы, основываясь на современных технологиях и искусственном интеллекте, обеспечивая студентов не только теоретическими знаниями, но и практическими навыками. Одновременно с этим развитие суперкомпьютерной инфраструктуры и внедрение технологий искусственного интеллекта для повышения научно-исследовательского потенциала страны сегодня является актуальной задачей. Всё это способствует становлению Казахстана в качестве технологического лидера на мировой арене.

В данном случае в рамках государственного визита Президента Республики Казахстан Касым-Жомарта Токаева в Пекин 11 сентября 2019 года было подписано Соглашение между Правительством РК и КНР о сотрудничестве в области предоставления суперкомпьютера.

В 2024 году компанией Qingdao Aucma Import & Export Co в КазНУ был поставлен самый мощный суперкомпьютер в Центральной Азии. В 2025 году завершены работы по строительству Центра обработки данных (ЦОД) совместно с ТОО ZTE Kazakhstan.

Производительность суперкомпьютера составляет около 2000 TFLOPS. Он входит в число 600 лучших суперкомпьютеров мира. Архитектура включает процессоры компаний Intel и NVIDIA, производительность которых в 10 000 раз превышает мощность самого современного персонального компьютера. В отличие от современных компьютеров, решающих задачи десятилетиями, суперкомпьютер справляется со сложнейшими задачами за один час.

Самый мощный суперкомпьютер в Центральной Азии даст возможность учёным всего Казахстана работать с большим объёмом данных, моделировать различные ситуации государственных органов и стать новой эпохой в развитии IT-инфраструктуры страны.

Большие возможности суперкомпьютера

Ресурсы Кластера суперкомпьютера можно использовать для реализации исследовательских и прикладных проектов в стратегически значимых областях. Они позволяют разрабатывать и обучать современные алгоритмы искусственного интеллекта, проводить сложную обработку генетической информации, способствовать развитию персонализированной медицины. Их можно использовать для создания виртуальных моделей городов и промышленных предприятий. Это помогает оптимизировать управление и развитие инфраструктуры. Кроме того, кластер применим для обработки данных дистанционного зондирования Земли, что позволяет разрабатывать алгоритмы мониторинга экосистем, сельского хозяйства и недропользования.

Суперкомпьютер способен также эффективно решать сложные математические модели, отлично подходит для работы с искусственным интеллектом и научными расчётами. Кроме того, у него большой объём хранения данных – 6 петабайт, что обеспечивает возможность хранения и обработки больших массивов информации.

Вычислительные ресурсы суперкомпьютера КазНУ могут быть использованы для решения приоритетных задач устойчивого развития региона. Они позволяют проводить прогнозирование и моделирование землетрясений и сейсмоопасных зон. Для этого применяются геофизические данные и алгоритмы расчёта напряжённости земной коры. Также возможно сценарное моделирование сейсмических ударов и определение зон наибольшего риска. Суперкомпьютер может использоваться для анализа и прогноза климатических и метеоусловий. В частности, для прогнозирования осадков, сильных ветров, лавиноопасности и тепловых волн в городской черте. В этих целях применяются метеомодель WRF и спутниковые данные.

Кроме того, возможна оценка риска оползней и селевых потоков. Для этого используются цифровые модели рельефа (DEM), данные о количестве осадков и влажности почвы.

В будущем планируется создать совместную программу между КазНУ и акиматом Алматы «Цифровое будущее Алматы: симуляции, прогнозы и решения на базе HPC (High Performance Computing)». Суперкомпьютер КазНУ может стать научно-инженерным ядром для анализа, прогнозирования и цифровизации городской среды. Это позволит прогнозировать землетрясения и сейсмические риски, моделировать подземные процессы с использованием геофизических данных, включая данные сейсмодатчиков, спутниковых наблюдений и георадаров.

Большую помощь суперкомпьютер способен оказать и в интеллектуальном управлении транспортом. Это моделировании дорожных потоков, оптимизация светофорных фаз и маршрутов общественного транспорта с применением агентных моделей (MAS).

Одним из приоритетных проектов является «Цифровой двойник Алматы» – создание виртуальной модели города с интеграцией геоданных, инфраструктуры, транспорта, экологии и демографии. Мощности суперкомпьютера можно использовать для планирования реконструкции, оптимизации ЖКХ, оценки трафика, а также поддержки моделирования энергосетей и систем водоснабжения.

Учёные и исследователи университета теперь имеют доступ к суперкомпьютеру для проведения научных исследований мирового уровня, разработки и применения инновационных технологий, а также для подготовки высококвалифицированных кадров.

Проекты с использованием суперкомпьютера

На сегодняшний день запланированы исследования, которые будут проводиться учёными КазНУ имени аль-Фараби в Farabi Supercomputer Center по следующим проектам. Это «Биоинформатика и анализ геномики», «Климатическое моделирование и прогнозирование на базе WRF», «Квантово-химическое моделирование с использованием ПО Gaussian», «Инженерное и физическое моделирование с использованием COMSOL Multiphysics и ANSYS», «Интеллектуальная система мониторинга и профилактики сердечно-сосудистых заболеваний с применением ИИ и IoMT», «Искусственный интеллект для оптимального распределения ресурсов в промышленности», «Разработка большой языковой модели (LLM) для казахского языка» и др. Например, проект «Прогнозирование землетрясений и сейсмического риска с использованием суперкомпьютерного моделирования и анализа геофизических данных» является одним из приоритетных исследований.

Казахстан – сейсмоактивный регион, особенно Алматинский регион, где проживают свыше 2 миллиона человек. Сегодня становится возможным использовать большие данные геофизики, спутникового зондирования, сейсмодатчиков и ИИ для построения прогностических моделей, оценки риска и создания системы раннего предупреждения. Целью проекта является разработка и внедрение вычислительной платформы для анализа сейсмической активности, моделирования подземных процессов и прогнозирования риска землетрясений на основе геофизических данных и ИИ.

Кроме того, суперкомпьютер подходит для сбора данных системы видеомониторинга и ситуационного центра проекта Smart City в Алматы. Исследователи страны могут использовать вычислительную мощность суперкомпьютера КазНУ в разных областях, в том числе моделирования климата, разработки передовых алгоритмов машинного обучения, Big Data и искусственного интеллекта. А также в рамках выполнения ряда проектов по грантовому финансированию на 2024-2026 годы, таких как «Оценка процессов деградации орошаемых земель Туркестанской области в целях устойчивого землепользования», «Реализация управления устойчивым развитием туризма в Имантау-Шалкарской курортной зоне, основанного на применении Smart-технологий», «Разработка интеллектуальной системы мониторинга и профилактики сердечно-сосудистых заболевании с помощью методов глубокого обучения и IoMT (Internet of Medical Things)» и других. 

Суперкомпьютер помогает готовить кадры в области ИИ

Несомненно, суперкомпьютерный кластер не только повысит конкурентоспособность Казахстана на глобальной арене, но и будет способствовать развитию отечественной инфраструктуры.

Также суперкомпьютер позволит решить одну из главных задач университета – это обучение и подготовка квалифицированных кадров в области ИТ и искусственного интеллекта.  Так, на механико-математическом факультете на уровне бакалавриата, магистратуры и докторантуры осуществляется подготовка по образовательным программам «Вычислительные науки и статистика», «Математическое и компьютерное моделирование», «Робототехнические системы», а на факультете информационных технологий –«Высоконагруженные информационные системы с искусственным интеллектом», «Вычислительная инженерия»,  «Искусственный интеллект», «Программная инженерия», «Интеллектуальные системы управления», «Компьютерная инженерия», «Компьютерные науки и технологии (СЗПУ)», «Интеллектуальные системы управления», «Искусственный интеллект в медицине».

Таким образом, реализация научно-исследовательских и образовательных проектов на базе Farabi Supercomputer Center обеспечит системную поддержку науки, образования и экономики. А также станет практическим шагом к реализации курса Главы государства по превращению Казахстана в цифровой хаб Евразии.

Центр позволит ускорить внедрение инноваций, объединить учёных и специалистов из разных сфер, создать условия для развития отечественных технологий и подготовки востребованных кадров нового поколения. Всё это станет важным вкладом в укрепление конкурентоспособности страны на международной арене.