«После школы твой мозг фразу «Хочу учиться!» крутит без остановки»
В учебном центре «Вороново» в первой половине февраля прошла зимняя инженерно-техническая школа для поступающих в магистратуру МИЭМ НИУ ВШЭ. В этом году школа собрала студентов старших курсов бакалавриата из 16 вузов 3-х стран и 14 городов РФ.
За четыре дня участникам были представлены семь образовательных программ магистратуры. В гости к ребятам приезжали академические руководители программ, ведущие преподаватели института и специалисты компаний и организаций-партнеров, участвующих в обеспечении образовательного процесса.
Сфера ИТ и инженерные дисциплины в ней развиваются быстро, здесь постоянно происходят существенные качественные изменения. Поэтому основной акцент в своих выступлениях, лекциях и мастер-классах спикеры делали именно на современное состояние и актуальную проблематику тех отраслей науки, производства и сферы услуг, к которым прямое отношение имеет та или иная образовательная программа.
Что происходит сегодня в инженерных науках в области ИТ, представленных в магистратуре МИЭМ, как это влияет на выбор выпускниками бакалавриата будущей магистратуры, а также общие впечатления участников школы – в нашем материале.
О квантовых компьютерах и мировом рынке полупроводников
Образовательная программа «Материалы. Приборы. Нанотехнологии» департамента электронной инженерии была представлена темами, связанными с квантовыми компьютерами, физикой графена и вопросами применения современных технологий в области высокотемпературной сверхпроводимости.
«Главная задача в этой области – добиться того, чтобы квантовый компьютер смог решить какую-то сложную задачу, которую современный «кремниевый» суперкомпьютер решить не в состоянии»
«В настоящее время суммарный рынок полупроводников в мире исчисляется не менее чем 1 триллионом долларов в год. При этом, если говорить о том сегменте, который представлен на нашей образовательной программе (магнитные полупроводники, наноэлектроника, сверхпроводники, графен), рынок приближается к 60 млрд. долларов в год. И это быстро развивающийся рынок. К основным точкам роста на нынешнем этапе можно отнести развитие высокотемпературной сверхпроводимости и реализацию квантовых компьютеров, в ожидании которых мир находится уже несколько последних лет», - рассказал профессор МИЭМ, член-корреспондент РАН Максим Каган. Не обошел вниманием ученый и роль инженерных наук в этой области: «Квантовая механика из физической науки становится инженерной благодаря гигантской миниатюризации в современной электронике и в обстоятельствах необходимости решать уравнение Шредингера для расчетов электрических сопротивлений тока».
Квантовым компьютерам было уделено особое внимание. О том, что сейчас в мире происходит в этой области, участникам школы поведал доцент МИЭМ, PhD Андрей Васенко: «Последние несколько лет можно назвать «гонкой за квантовыми битами». Потенциальные ресурсы квантовых компьютеров выросли на порядки. Если ещё четыре года назад как чудо воспринимались процессоры на основе 5-ти квантовых битов, то сегодня рекордом является 72-кубитный процессор фирмы Google, где кубиты находятся в «запутанном» состоянии. На данный момент эта гонка несколько замедлилась, потому что сообщество, наконец, всерьез задумалось: «А что с этим делать дальше?» По большому же счету, главная задача в этой области – добиться того, чтобы квантовый компьютер смог решить какую-то сложную задачу, которую современный «кремниевый» суперкомпьютер решить не в состоянии. Пока этого не произошло, но горизонт создания квантового компьютера существенно уменьшился и составляет на данный момент около 10 лет вместо прежних 50 лет. Это привело к огромным инвестициям в данную область. В частности, в России под руководством госкорпорации «Росатом» в настоящее время реализуется проект создания 10-кубитного квантового компьютера».
О Big data, обработке информации и ближайшем будущем в этой области
Образовательная программа «Системы управления и обработки информации в инженерии» департамента прикладной математики познакомила участников с представителями бизнеса, где сегодня особенно востребованы специалисты в области использования математических моделей и методов для создания современных систем управления и обработки информации.
«По всем экспертным оценкам, в ближайшие 20 лет в области анализа данных будет большая нехватка специалистов, что связано с растущим интенсивным внедрением Big data»
«Наша программа постоянно развивается, мы следуем за современными технологическими вызовами в науке, инженерии и бизнесе. Как следствие, каждый год состав учебных курсов программы претерпевает изменения, необходимые для получения нашими выпускниками наиболее востребованных компетенций», - рассказал академический руководитель программы доцент Сергей Сластников.
В данной области, как ни в какой другой, большую актуальность получает привлечение специалистов из практического сектора к организации учебного процесса. Во время школы участники узнали об академической программе компании SAS, интегрированной в основной образовательный процесс.
Михаил Петровский, руководитель академической программы SAS: «По всем экспертным оценкам, в ближайшие 20 лет в области анализа данных будет большая нехватка специалистов, что связано с растущим интенсивным внедрением Big data. Наша программа делает акцент именно на область больших данных в сфере бизнеса. Если студента интересуют статистика, машинное обучение и программирование в области больших данных, то ему обязательно найдется дело в рамках деятельности SAS: компания предоставляет платформу и инструменты, но под каждую конкретную задачу нужно разрабатывать свои модели и инфраструктуру».
Об автоматизированном проектировании и обеспечении надежности и качества
Специалисты образовательной программы «Инжиниринг в электронике» провели в Воронове мастер-класс «САПР (система автоматизированного проектирования – прим.) электронных компонентов и систем» и семинар, посвященный вопросам надежности.
МИЭМ сегодня – одна из немногих организаций в стране, обладающая специалистами-разработчиками программного обеспечения для автоматизации расчетов надежности. Эта область постоянно находится в динамике: требуются разработка эффективных методов, методик, методологий для уточненной оценки показателей и характеристик надежности, создание нового программного обеспечения, которое способно повысить эффективность оценки этих показателей. МИЭМ здесь занимает лидирующие позиции.
О том, какие требования современность предъявляет специалистам в области надежности, рассказал ассистент департамента электронной инженерии, аспирант Павел Королев: «Область обеспечения надежности радиоэлектронной аппаратуры всегда являлась специфической, так как задействует достаточно много механизмов теории вероятности, математической статистики, а также физических процессов, происходящих как «внутри» этой аппаратуры, так и «снаружи». Специалисту в данной сфере необходимо учитывать множество факторов, комплексно подходить к своей задаче, чтобы корректно сделать прогноз в будущее в плане оценки максимального времени работы – то есть, по-другому, дать оценку максимально допустимого режима работы аппаратуры по времени в определенных условиях эксплуатации на всех стадиях жизненного цикла. Это достаточно сложная, но и очень интересная задача, которая ценится в современном мире! Специалистов в этой области сегодня очень не хватает».
Суперкомпьютеры: вычисление и моделирование. И еще немного математики.
«Эффективное решение больших вычислительных задач требует создания математических алгоритмов, в которых структуры операций и данных соответствуют сегодняшним и завтрашним параллельным вычислительным технологиям»
Теме суперкомпьютерных вычислений была посвящена лекция представителей образовательной программы «Математические методы моделирования и компьютерные технологии» департамента прикладной математики МИЭМ НИУ ВШЭ, с которой выступил профессор, ведущий научный сотрудник Международной лаборатории суперкомпьютерного атомистического моделирования и многомасштабного анализа Владимир Стегайлов.
Он рассказал о современных суперкомпьютерных вычислениях следующее: «Рост производительности микропроцессоров за счет повышения тактовых частот остановился еще в нулевые годы. Дальнейший рост вычислительных возможностей происходит за счет векторизации. Показательным примером является развитие наборов векторных инструкций AVX, AVX2 и AVX512 в обычных процессорах с архитектурой x86_64. Высокая эффективность векторизации сделала GPU-ускорители за последние 10 лет крайне эффективным инструментом высокопроизводительных вычислений. На следующем масштабном уровне в единое целое объединяются отдельные процессорные ядра, процессоры и ускорители, за счет чего современные серверы могут состоять из сотен отдельных вычислительных элементов со сложной структурой оперативной памяти. Более того, современные суперкомпьютеры объединяют в единое целое тысячи подобных серверов-узлов на основе высокоскоростного интерконнекта. Программирование подобных систем требует использования сложного и взаимосвязанного инструментария, основанного на иерархии методов параллельного программирования. В этой ситуации эффективное решение больших вычислительных задач требует не только программных разработок, но и создания математических алгоритмов, в которых структуры операций и данных соответствуют сегодняшним и завтрашним параллельным вычислительным технологиям. Весь комплекс соответствующих научно-технических задач называется кодизайном вычислительных методов, программного обеспечения и суперкомпьютерной элементной базы».
Кроме того, доцент департамента прикладной математики, PhD Ольга Вальба выступила с лекцией «Сложные сети: от физики случайных графов к моделированию когнитивных систем».
«Сегодня это суперкомпьютеры, а завтра-послезавтра – массовые устройства на столе и в кармане»
Специалисты образовательной программы «Суперкомпьютерное моделирование в науке и инженерии» провели вместе с участниками школы круглый стол, где обсуждались актуальные вопросы в области моделирования сложных систем, использования больших данных.
Умение работать на суперкомпьютерах сегодня обеспечит умение работать с любым вычислительным устройством завтра. Студенты образовательной программы изучают методы, позволяющие разрабатывать алгоритмы, на которых строится современное суперкомпьютерное программирование. Сюда относятся также и методы и алгоритмы извлечения нового знания из данных большого объема, в том числе с использованием методов машинного обучения, но не только.
Студенты магистерской программы имеют доступ к суперкомпьютеру МИЭМа, одному из мощнейших в стране. Кроме того, обучение многим дисциплинам в рамках программы ведется в институтах Академии наук, в частности, в Вычислительном центре РАН, откуда вышел «Яндекс».
Лев Щур, руководитель программы, профессор: «Основная цель - обучение студентов тем методам и подходам к решению задач, алгоритмам их решения, приемам программирования, которые являются универсальными независимо от области применения. Основной инструмент для реализации – это многопроцессорные многоядерные многонитевые неоднородные вычислительные системы. То есть системы, состоящие из большого числа процессоров, которые поддерживают многоядерность, а также из ускорителей вычислений, дополняющих возможности каждой нити, и ускорителей вычислений, состоящих из большого числа нитей. Сегодня это суперкомпьютеры, а завтра-послезавтра – массовые устройства на столе и в кармане».
О роли информационно-аналитических систем в обучении компьютеров и не только
Создание компьютерных сетей и телекоммуникационных систем – очень трудоемкий процесс. Здесь должны быть задействованы необходимые для разработки процессы, инструментарии, технологии и человеческие ресурсы. Об этом рассказывали специалисты, представляющие образовательную программу «Компьютерные системы и сети» департамента компьютерной инженерии.
«…доминировать будет новое поколение обучаемых компьютеров, для которых функциональность информационно-аналитических систем, экспертных систем (ЭС) станет преобладающей»
Говоря о состоянии рынка и требованиях к специалистам в области разработки и эксплуатации компьютерных систем и сетей, руководитель программы профессор Андрей Вишнеков обратил внимание на растущую актуальность этого направления: «Сейчас существует острая необходимость в специалистах, владеющих новыми технологиями и методами управления комплексными, сложными проектами разработки больших вычислительных систем и систем моделирования сложных технических объектов. Направление, связанное с разработкой и эксплуатацией компьютерных систем и сетей, находится в тесном взаимодействии с наукой и бизнесом и характеризуется практической значимостью для экономики разных стран. Это определило стремительное развитие данного направления, как во всем мире, так и в России. Российский рынок распределенных информационно-вычислительных систем в значительной мере тяготеет к крупным проектам. Традиционно крупнейшими потребителями являются финансовый, производственный, государственный и телекоммуникационный секторы».
В практической части перед участниками выступили представители ЦНИИ ВВКО Минобороны РФ, которые рассказали о специфике создания и применения вычислительных систем и компьютерных сетей для нужд Министерства Обороны РФ.
Зашла речь и о будущем в этой области. «Согласно стратегическому прогнозу развития информатики на ближайший период, разработанному в IBM, доминировать будет новое поколение обучаемых компьютеров, для которых функциональность информационно-аналитических систем, экспертных систем (ЭС) станет преобладающей. Это поколение компьютеров сможет превосходить людей по качеству принимаемых решений сначала в некоторых, а затем и в большинстве областей человеческой деятельности. Для удовлетворения потребностей инновационного развития экономики РФ, по экспертным оценкам, в ближайшие годы потребуются десятки тысяч специалистов в области создания и развития таких разновидностей современных информационно-аналитических систем, как ЭС», - рассказал Борис Позин, представитель компании «ЕС-Лизинг», на лекции, посвященной цифровизации в России.
Об Интернете вещей
Образовательная программа «Интернет вещей и киберфизические системы» - одна из самых молодых в МИЭМ, она открылась в 2018 году. Специалисты программы привезли участникам школы практические кейсы, актуальные в сфере услуг и в области промышленного Интернета вещей.
«Чтобы получить качество от растущего рынка устройств, нам нужен инструмент, подобный мозгу»
Генеральный директор компании «RighTech» Илья Быконя в своей лекции рассказал о применении облачных платформ при создании приложений и для бизнес-аналитики. Директор департамента развития систем защиты АСУТП АО «ИнфоВотч» коснулся темы безопасности в сфере Интернета вещей, которая является одним из основных направлений образовательной программы. Руководитель проектов компании «PTS-Russia» Владимир Краюшкин посвятил свое выступление применению AR-решений для промышленного Интернета вещей.
«Чтобы получить качество от растущего рынка устройств, нам нужен инструмент, подобный мозгу, который может анализировать данные из сети датчиков и создавать сложные логические шаблоны поведения системы. Таким образом, IoT – это концепция создания нового класса искусственных систем, которые контролируются таким же образом, как живое существу контролирует свое тело» - рассказал Илья Быконя.
Школа глазами ее участников:
Илья Назаров, г. Магнитогорск
«Направления, выбранные мной до школы, остались прежними (инжиниринг в электронике, математические методы моделирования, суперкомпьютерное моделирование), изменился немного приоритет на данный момент - суперкомпьютерное моделирование. Интересно посмотреть на машинное обучение, основные методы программирования, то, как идет сам процесс математического моделирования в суперкомпьютерах, как визуализируется огромная база данных в удобной для оператора форме.
Школа запомнилась исключительно положительно. Что-то особенное выделить довольно сложно, поскольку до сих пор нахожусь в состоянии культурного шока, разумеется, в положительном смысле. Но если выделить что-то одно, то это та незабываемая атмосфера, которую создают ваши преподаватели. Здесь целый комплекс, который включает высокий уровень знаний и подготовки материала для выступлений в совокупности с качественной подачей и открытостью для диалога со студентами. Всё это мотивирует твой мозг крутить фразу "Хочу учиться!" практически без остановки. На моей памяти, такого эффекта удалось добиться только одному преподавателю из моего университета».
Ойинлойе Майкл, Нигерия
«Спасибо организаторам зимней школы. Программа была очень полезной и информативной. Она не фокусировалась на чем-то одном, дав представление о множестве возможностей. Во время школы мне понравились многие занятия, большинство: они были представлены опытными экспертами и специалистами, которые дали много полезной информации. Особенно понравился практикум, где у нас был доступ к суперкомпьютеру: я узнал, как это действительно работает, и эти знания останутся со мной надолго. После зимней школы я могу однозначно сказать, что знаю, в какой сфере хочу продолжить свое обучение. Это Интернет вещей. Именно в этой области находится будущее нашего мира, и школа мне помогла это осознать».
Фролов Кирилл, МИЭМ НИУ ВШЭ
«До этого я интересовался направлениями магистратуры и общим механизмом поступления. Поэтому не могу сказать, что во время школы я узнал очень много нового. Однако можно точно выделить две вещи, в которых я разобрался окончательно именно на школе. Первое: окончательное понимание набора дисциплин и преподавателей. То есть, до этого я знал только руководителей и примерную направленность. И второе: я немного обновил знания о портфолио. Для меня самыми интересными были лекции от представителей различных компаний. Ведь всегда интересно узнать реальную ситуацию на рынке. Конечно, не все темы меня заинтересовали, однако именно такие занятия с реальными примерами и кейсами дают больше всего информации о будущей профессии».
Айзек Мозес Тани, Нигерия
«Теперь я имею представление об образовательных программах МИЭМ. Во время школы я выбрал для себя то, что больше всего соответствует моему направлению. Это инжиниринг в электронике. Из занятий хотел бы выделить лекцию и практикум по суперкомпьютерным вычислениям, а также турнир по теннису, хотя мы его и не доиграли до конца».
Партала Антон, Москва
«Я учусь специальности "Мехатроника и робототехника", но, так как имею более глубокие познания в электронике и приводах, чем в программировании, обычно представляюсь как инженер-электроник, хотя сфера моей деятельности намного шире. И именно поэтому из всех занятий для меня самым полезным был мастер-класс по САПР, так как я увидел демонстрацию реального полезного софта, и ещё на занятии у меня в голове сложилось применение касательно тех процессов, что были продемонстрированы. Без теории, конечно, никуда, но у любого знания должно быть практическое применение и это я ценю больше всего».
Дмитрий Глубоков, Москва
«Зимняя школа помогла мне взглянуть на факультет и интересующие меня направления с другой, более открытой стороны. Я стал лучше понимать то, что мне нужно, и теперь я могу сделать уверенный правильный выбор среди магистерских программ. Особенно мне понравилась лекция "Методы обработки новостных текстов на Python". Мне нравится программирование, а на лекции я узнал о новой библиотеке, которую бы хотел изучить. Что касается программ, то больше всего меня заинтересовали "Математические методы моделирования и компьютерные технологии". Во-первых, мне нравится прикладная математика сама по себе, и, во-вторых, видно, что данная программа предоставляет знания, которые уместно будет назвать универсальными, полезными в различных отраслях и видах деятельности».
Огечуку Чибогу, Нигерия
«Во время Зимней школы мне стало гораздо понятнее, что хотелось бы изучать в магистратуре. Каждая лекция была очень познавательной, но больше всего понравился мастер-класс про Интернет вещей, который постепенно меняет многие отрасли внедрением сенсоров, "железа и софта". Это делает возможным применение новых бизнес-моделей, повышение производительности и, как результат, снижение расходов, появление новых видов услуг и расширение клиентской базы».