Государство, а не бизнес: что драйвит рынок супервычислений

Российские компании и госсектор увеличивают инвестиции в технологии искусственного интеллекта. Рынок ИИ, по официальной оценке, в 2022 году вырос на 18% — до ₽650 млрд. 63% руководителей российских компаний считают, что технология так или иначе повлияет на развитие их бизнеса в течение ближайшего года, говорится в исследовании консалтинговой компании «Яков и партнеры».

Для разработок в области ИИ нужны большие вычислительные мощности. Глобальный опрос исследовательской компании Precedence Research показал, что более 3/4 ключевых игроков в своих отраслях уже используют суперкомпьютеры и считают, что выживание на рынке без них невозможно.

Что такое супервычисления

Высокопроизводительные вычисления (High Performance Computing, HPC) — это практика объединения вычислительных мощностей, которая обеспечивает высокую производительность при решении большого количества задач в области бизнеса, науки и техники. Супервычисления предполагают обработку огромных объемов данных на максимальных скоростях.

По версии Precedence Research, мировой рынок HPC в 2022 году достиг отметки в $41,2 млрд, а к 2032 году превысит $85 млрд, то есть удвоится. Среднегодовой темп роста (CAGR) на протяжении этого периода составит 7,6%. По данным Mordor Intelligence, мировой рынок HPC в 2023 году достигнет $56,9 млрд, а к 2028 году приблизится к $97 млрд при среднегодовом росте в 11,2%.

По данным Precedence Research, в объеме выручки 2022 года в сегменте компонентов большая часть мирового рынка HPC (34%) приходилась на серверы. Однако средние темпы роста этого сегмента до 2032 года будут ниже рынка в целом — на уровне 4,8%. В разрезе развертывания львиную долю рынка (61%) занимает on-premise, зато у облачных решений CAGR выше, чем в целом по рынку — 8,1%.

Крупнейшим рынком мира остается Северная Америка: на него приходится 41,5% в объеме выручки за 2022 год. При этом в Азиатско-Тихоокеанском регионе прогнозируется самый высокий темп роста — 8,6%. Китай уже входит в первую десятку стран, лидирующих на рынке высокопроизводительных вычислений. КНР также является домашним рынком для суперкомпьютеров, таких как Tianhe-2 (Milkyway-2) и Sunway TaihuLight.

К числу крупнейших игроков на мировом рынке исследователи относят: Atos, Advanced Micro Devices, Hewlett Packard Enterprise Development, Cisco Systems, Dell Technologies, Fujitsu, Intel, IBM, Lenovo, Inspur.

Драйверы и стопперы

Эксперты Precedence Research полагают, что высокопроизводительные вычисления — это залог экономических и научных достижений, и даже конкурентоспособности государств.

Рост мирового рынка HPC стимулируют те преимущества, которые суперкомпьютеры дают государству и бизнесу. Это возможности для более быстрых вычислений и построения высокопроизводительных систем, а также более разумное развертывание инфраструктуры с высоким качеством обслуживания.

Драйвером роста мирового рынка называют не столько спрос со стороны коммерческого сектора, сколько те меры по развитию суперкомпьютерных технологий, которые предпринимаются правительствами крупнейших стран мира. США, Германия, Великобритания, Япония и Китай признали развитие технологий HPC важнейшим фактором экономического прогресса. Например, анализ данных на базе высокопроизводительных вычислений используется в государственном секторе для борьбы с преступностью и обеспечения общественной безопасности. Ожидается, что будет расти внедрение HPC в оборонный сектор из-за растущих угроз кибербезопасности.

Кроме того, высокопроизводительные вычисления лежат в основе таких передовых технологий, как распознавание лиц и глобальные базы данных безопасности. Одним из ключевых факторов, стимулирующих интерес к высокопроизводительным вычислениям, аналитики называют государственные инвестиции в НИОКР в этой сфере. Первые строчки рейтинга ТОП-500 самых мощных суперкомпьютеров мира (июнь 2023 года) занимают машины государственных научно-исследовательских институтов США, Японии, Евросоюза, Китая.

Также, по мнению аналитиков Mordor Intelligence, спрос на HPC стимулируют растущие инвестиции в промышленный интернет вещей (IIoT), искусственный интеллект (ИИ) и системы электронного проектирования (EDA). Подогревает интерес к HPC распространение систем моделирования, например, в финансовой сфере и науке. Более того, без высокоскоростных вычислений становится трудно удовлетворить растущую потребность в коротких циклах разработки IT-продуктов.

Сложности рынка

Аналитические агентства выделяют несколько проблем, которые сдерживают развитие рынка HPC. Одна из основных — питание и охлаждение высокопроизводительных ЦОДов.

Чем меньше количество нанометров и сложнее технологический процесс, тем больше энергопотребление процессоров и графических ускорителей. И всю эту инфраструктуру еще нужно охлаждать — с каждой новой инсталляцией это делать все сложнее. Поэтому просто добавить в действующий ЦОД суперкомпьютеры не получится — нужно строить отдельный дата-центр с соответствующими технологиями.

В мире появляются целые кластеры и центры суперкомпьютеров, которые изначально ориентированы на высокопроизводительные вычисления. Обслуживать такие объекты, обеспечивать их работоспособность дороже и сложнее, чем обычные.

Еще один существенный сдерживающий фактор для мирового рынка HPC, который отмечают аналитики, — недостаточное развитие программных решений. Речь идет об ограниченном выборе прикладного ПО для выполнения тех или иных задач в области обработки данных, моделирования, научных расчетов и т.д. Для работы с высокопроизводительными вычислениями недостаточно установить суперкомпьютер — нужно подобрать или разработать IT-систему, которая будет на нем работать. Но одновременно это же обстоятельство подстегивает рынок к созданию новых решений.

Российский рынок

Объем российского рынка не превышает 1% от мирового. При этом в ТОП-500 (июнь 2023 года) самых мощных суперкомпьютеров мира входит пять российских: «Червоненкис» (27 позиция), «Галушкин» (46 позиция), «Ляпунов» (52 позиция), Christofari Neo (55 позиция), «Кристофари» (96 позиция). Первые три — это машины «Яндекса», следующие два — «Сбера». Все пять суперкомпьютеров созданы на базе технологий NVidia.

Однако стоит учитывать, что в подобные списки попадают не все вычислительные гиганты — порядок включения заявительный. Tesla с кластерами в 10 тыс. графических ускорителей могла бы быть в лидерах, но не подает заявки на участие в рейтингах.

Кроме технологических гигантов, суперкомпьютеры в России традиционно разрабатывают вузы. В рейтинге ТОП-50 российских машин от марта 2023 года, больше 10 установлены в университетах и институтах Москвы, Петербурга, Нижнего Новгорода, Челябинска, Новосибирска, Томска и др. В августе 2023 года в МГУ имени М.В. Ломоносова сообщили о запуске вычислительной машины производительностью 400 петафлопс. Суперкомпьютер будут использовать для исследований в различных областях науки и для разработки новых инструментов на основе искусственного интеллекта. Однако таких новостей с 2022 года стало значительно меньше.

Ожидаем, что российский рынок высокопроизводительных вычислений будет расти чуть медленнее мирового — в пределах 10% ежегодно. Основным драйвером станет необходимость разработок в области искусственного интеллекта. Сейчас многие крупные компании стремятся создать своего чат-бота или рекомендательную систему, а для этого приходится строить соответствующую инфраструктуру — так возникает спрос на суперкомпьютеры.

С другой стороны, HPC востребованы со стороны локализованных «дочек» иностранных компаний, отрезанных от материнских IT-инфраструктур. Раньше они использовали для обучения нейросетей облака глобальных провайдеров или вычислительные мощности, расположенные за границей. Сейчас они нуждаются в собственных суперкомпьютерах на территории России, чтобы поддерживать и развивать свои модели.

Ввезти IT-оборудование, попавшее под санкции, в Россию стало проблематичным. Например, решения NVidia — основного мирового поставщика графических ускорителей (GPU) — включены в список продукции, разрешенной к ввозу по параллельному импорту. Точно также еще доступно оборудование других международных производителей с GPU на борту. Но известны случаи, когда импорт больших партий продукции от NVidia из дружественных стран был заблокирован вендором.

При этом российские IT-производители готовы поставлять серверы с графически ускорителями NVidia, проблем с доступом к аппаратному обеспечению для коммерческих нужд нет. Сложности возникают с программным обеспечением, а также у госзаказчиков, обязанных закупать только реестровую продукцию.

Проблемы и решения

Что касается сдерживающих факторов, то для России актуальны мировые проблемы, связанные с питанием и охлаждением высокопроизводительных ЦОДов, а также отсутствием специализированного программного обеспечения.

Подведение необходимого количества киловатт к серверному шкафу может вызвать сложности, что приводит, например, к вынужденному увеличению количества шкафов и площадей ЦОДов. Кроме того, построить ЦОД для высокопроизводительных машин с соответствующими требованиями к питанию и охлаждению — задача не одного года. Не каждый заказчик в текущих условиях готов строить планы на несколько лет вперед.

С программным обеспечением для систем HPC на российском рынке ситуация еще более острая, потому что ко всему прочему есть ограничения по использованию иностранного программного обеспечения. Раньше компании могли применять Open Source и решения международных компаний, сейчас доступ к этим программным продуктам ограничен. Если решения для виртуализации и операционные системы появляются и развиваются, то российского специализированного софта, необходимого для построения инфраструктуры супервычислений, пока нет. Выход — разрабатывать собственные решения своими силами или привлекая партнеров.

Получается, что российские производители могут обеспечить инфраструктурные потребности заказчиков в суперкомпьютерах, чтобы построить кластер. Но установить соответствующее ПО и настроить его так, чтобы кластер работал эффективно (например, распараллелить вычисления по необходимому количеству процессоров и графических ускорителей) — это уже сложно.

Есть еще одна проблема, актуальная для организаций из госсектора, включая университеты и научные институты. Для многих из них установлены требования по использованию IT-оборудования из реестра российской промышленной продукции Минпромторга. В нем нет устройств с графическими ускорителями, которые нужны для создания суперкомпьютеров. Есть возможность обосновать закупки альтернативной продукции отсутствием нужных решений в реестре, но это сильно усложняет и так непростой процесс создания IT-инфраструктуры высокопроизводительных вычислений. Поэтому положительный эффект оказало бы снижение планки для включения IT-продуктов в реестры Минцифры и Минпромторга. Выстраивание базового ландшафта на отечественном оборудовании в сегодняшней ситуации становится практически единственным выходом при планировании IT-стратегии на будущее.

Мы видим хорошие перспективы для рынка супервычислений в России благодаря, в первую очередь, растущему спросу на системы искусственного интеллекта со стороны коммерческого сектора. При этом российские IT-производители могут удовлетворить потребности компаний в железе, но есть определенные сложности со специализированным программным обеспечением. Они решаются с помощью собственной или заказной разработки — продукции для импортозамещения в этой сфере еще нет.