Молодые ученые: программист Александр Шалимов о роботах-разведчиках и компьютерных науках в России

Александр Шалимов работал в Microsoft Research в США, а после вернулся в Россию, где занимается наукой, преподает в МГУ, проводит исследования в IT-кластере фонда «Сколково» по компьютерным сетям и облачным технологиям.

Где учился: факультет ВМК МГУ им. Ломоносова. Сегодня — кандидат физико-математических наук, научный сотрудник этого факультета, ведущий программист-исследователь Центра прикладных исследований компьютерных сетей.

Что изучает: компьютерные сети, архитектуру вычислительных систем и компиляторы.

Увлечения: горные и беговые лыжи, велосипед, футбол.

Мой путь к науке начался в детстве с любви к математике и компьютеру. В университете в конце второго курса ВМК мы выбирали специализацию — направление в IT, которое хотелось бы изучить подробнее. Я остановился на вычислительных и распределенных системах, а именно на компьютерных архитектурах, компиляторах и оптимизации программ. В рамках обучения мы писали курсовые и дипломную работы, в которых должны были решить небольшую научную задачу из области. В тот момент еще слабо представлялось, что вообще такое наука. Научный руководитель — профессор Руслан Леонидович Смелянский — дал мне изучить несколько научных статей. Меня поразило, что есть большие научные коллективы, которые занимаются важными исследованиями, вместе создают нечто, чем потом пользуются люди, компании, университеты. Потом стали появляться творческие задачи, для решения которых нужно было придумывать что-то новое. Со временем я стал понимать, что программировать по указке не так захватывающе, гораздо интереснее придумывать что-то самому, искать проблемы и находить для них решения. Все это привело меня в аспирантуру.

В 2009 году Microsoft Research организовал в России первую Летнюю школу для молодых ученых. К нам в МГУ съехались лекторы из США — они не только настоящие профессионалы, но и умеют увлекательно рассказывать о проектах. Школа объявила для своих участников набор на стажировку в подразделение Microsoft Research в Америке, я подал заявку и прошел. Это были три интереснейших месяца. В Штатах я увидел связь между университетами и индустрией: теоретические концепты на практике превращались в реальные разработки. Вернувшись в Москву после стажировки, я защитил диссертацию и летом 2011 года снова уехал в Microsoft Research, подписав с ними годовой контракт.

«Из страны практически ушли исследовательские подразделения крупных иностранных компаний. Мы варимся в собственном соку, а для науки это проблема»

Когда он закончился, мой научный руководитель предложил мне применить знания в другой области — компьютерных сетях — и войти в исследовательский проект по созданию технологий и продуктов для компьютерных сетей нового поколения в России — Центр прикладных исследований компьютерных сетей (ЦПИКС). Центр — резидент IT-кластера инновационного фонда «Сколково». Для меня частичная смена направления была непростым шагом, но я понимал, что на смену специалистам, которые глубоко разбираются только в одной конкретной области, приходят те, кто обладает глубокими знаниями в самых разных сферах, не зацикливается на узкопрофильных задачах и умеет находить новые идеи на стыке предметных областей.

В фонде в то время было два типа резидентов: стартапы с готовым продуктом, которым нужна поддержка в его продвижении на рынке, и центры прикладных исследований. Одним из таких центров и стала наша лаборатория по сетевым технологиям. Зачастую университеты проводят исследования по одним направлениям, тогда как реальному производству требуется что-то абсолютно другое. Возникла необходимость в лаборатории, которая смогла бы проводить исследования и делать разработки, востребованные бизнесом. Сейчас в центре есть база исследователей — 50 человек, которые изучают тематику, пишут статьи и работают в связках с компаниями, например операторами связи. Другая цель центра — быть мини-инкубаторами, где образуются новые технологические компании. На данный момент было запущено два стартапа, которые получили инвестиции, нашли партнеров на иностранных рынках и пытаются занять свою нишу. Мы активно работаем как с российскими, так и с иностранными компаниями и университетами. В 2012 году, например, проходили двухнедельную стажировку в Стэнфорде и Беркли и общались с исследователями и разработчиками используемых нами технологий.

Одна из областей, над которой мы работаем в центре, — новый подход к построению и управлению компьютерными сетями, программируемые сети (Software Defined Networking, или SDN). Компьютерные сети — это система соединенных между собой устройств, передающих друг другу данные, чтобы соединить различные точки мира. Представьте, что вы звоните по мобильному телефону из Москвы во Владивосток. Мобильный телефон по радиосигналу передает ваш голос на сотовую вышку, где он кодируется в цифровые данные, которые, пробегая по десяткам таких сетевых устройств, доходят до вызываемого абонента. До недавнего времени подобная сеть состояла из устройств, дорогих в производстве и недоступных для внесения изменений и инноваций: только производители могли их совершенствовать и что-то в них добавлять. Каждое такое устройство можно разделить на два уровня: уровень передачи данных (аппаратная плата, отвечающая за пересылку битов информации) и уровень управления — программное обеспечение, мозг, решающий, куда эту информацию отправить.

Исследователи в Стэнфорде и Беркли пришли к выводу, что весь процесс работы компьютерной сети можно оптимизировать, и предложили вытащить мозг из каждого отдельного устройства и создать один общий для всей сети. Получился эдакий «большой брат», который за всем следит и управляет всей сетью целиком. В результате устройства превратились в простых передатчиков информации, упростились и стали обходиться операторам связи значительно дешевле, а фокус сместился на разработчиков программного обеспечения. Сейчас программно-конфигурируемые сети — одна из самых востребованных технологий в области компьютерных сетей. Технология уже применяется в Google, Microsoft, Amazon, VMware, AT&T.

«В прикладной науке очень важно то, что благодаря исследованиям ты решаешь насущные проблемы и понимаешь, кому и зачем это нужно»

Другая технология, которой мы занимаемся, — виртуализация сетевых сервисов (Network Function Virtualization, или NFV). Ее история началась в Европе, где из-за большой плотности стран создается большая конкуренции между операторами связи. Доход таких операторов зачастую фиксирован: клиентская база уже распределилась, и резкого увеличения числа клиентов не ожидается. Увеличить стоимость тарифа они не могут — боятся, что клиенты уйдут к другому оператору. При этом операторам нужно регулярно обновлять свою аппаратную инфраструктуру, чтобы она справлялась с постоянно увеличивающимся объемом интернет-трафика. Все это приводит к тому, что доход операторов падает и им приходится искать новые способы сэкономить или выделиться на фоне остальных с уникальным сервисом. Инфраструктура операторов связи состоит из оборудования, ответственного за различные сетевые сервисы (например, балансировку нагрузки, анализ трафика). Цена таких устройств, мягко говоря, кусается и измеряется сотнями тысяч долларов. Все потому, что сервис должен работать на высоких террабитных скоростях (это как если скачать 100 фильмов в секунду), что до недавнего времени было возможно только на специально спроектированном под задачу и дорогом железе. Тогда на помощь пришла компания Intel: они задумались, как заменить дорогостоящее оборудование обычными компьютерами (конечно, не системными блоками, которые стоят в офисах, а мощным серверным оборудованием). Нужно было только решить вопрос с их скоростью обработки данных. Intel предложил технологии, и потребовались программисты, которые бы подготовили под них программное обеспечение. Над этим мы и работаем.

В Японии есть отличный пример использования двух этих технологий. Когда в в стране в 2011 году произошло землетрясение, люди начали звонить близким, чтобы убедиться, что с ними все в порядке. Но из-за большого объема звонков дозвониться мог лишь каждый двадцатый. Представьте себе картину: у оператора связи есть десять единиц оборудования, умеющего обрабатывать данные. Три отвечают за голосовой трафик (звонки), пять — за просмотр видео, а остальные — за электронную почту и компьютерные игры. Когда такое большое количество людей пытались позвонить, ресурсов на обработку звонков попросту не хватало. При этом они могли играть в компьютерные игры или смотреть видео! Это происходило из-за статической привязки сервиса к ресурсам. К счастью, сегодня наши технологии позволяют динамически перераспределять сервисы по вычислительным ресурсам, а потоки данных перераспределяются автоматически в кратчайшее время. Согласно отчету японского оператора связи NTT Docomo, если бы такие технологии существовали в 2011 году, они бы в тот момент могли удовлетворить каждый четвертый звонок.

До кризиса российским компаниям было проще купить дорогостоящие устройства за границей. На российские решения и их разработчиков особенно не смотрели: мало опыта, мало успешных проектов… Ситуация изменилась: на отечественные разработки стали обращать внимание. Часто стали приходить с какой-то задачей и просьбой придумать решение. Это большой плюс. Из минусов — из страны практически ушли исследовательские подразделения крупных иностранных компаний. Можно сказать, что мы варимся в собственном соку, а для науки это проблема. Важно общаться с другими учеными, понимать, в каком направлении они двигаются, чтобы не наступать на те же грабли и не открывать с нуля то, что уже было и так кем-то до тебя сделано. Бюджеты на участие в международных конференциях сильно сократились, а в России таких мероприятий проводится мало.

До этого я успел немало поездить и посмотреть на образовательный процесс в разных странах. В Японии, например, к профессорам относятся с большим почтением, а местные аспиранты гораздо менее расслаблены, чем их коллеги из Европы. В Америке аспиранты более независимы, любят спорить и отстаивать свою позицию. Самым удивительным местом для меня, пожалуй, остается Силиконовая долина. На улице, в кафе, в автобусах люди постоянно обсуждают свои идеи и проекты, спорят, доказывают, придумывают новые решения. Появляются новые стартапы и исчезают старые, какие-то поглощаются большими компаниями, а потом некоторые из этих больших компаний не справляются с новыми реалиями и покидают рынок — настоящий круговорот. Все, как показано в сериале Silicon Valley.

Наблюдать за тем, куда движется мир, очень интересно. Один Google чего стоит. В 2013 году компания пригласила на позицию технического директора футуролога Рэймонда Курцвейла. Он известен своими научными технологическими прогнозами о появлении искусственного интеллекта и идеей о точке сингулярности. Это момент, когда роботы смогут самостоятельно производить роботов, причем более умных, чем они сами, а человечество не сможет этот процесс контролировать. Google уже проиндексировал весь интернет, их искусственный интеллект научился читать книги, распознавать речь людей, ориентироваться в пространстве. Кто знает, что будет дальше? Skynet из фильма «Терминатор»? В конце того же года Google приобрела компанию Boston Dynamics, которая производит роботов-разведчиков — помощников для военных. Может быть, вы помните ролик, в котором большой четырехногий робот под кодовым названием Гепард бегает по лесам, перепрыгивает со скал, ориентируется в пространстве? Теперь эти технологии — собственность Google. А сейчас эта компания демонстрирует уже двуногих роботов. Или Илон Маск с машинами на электродвигателях Tesla, солнечными электростанциями и частными космическими кораблями SpaceX!

Для меня очень важно в прикладной науке то, когда благодаря исследованиям ты решаешь какие-то насущные проблемы и понимаешь, кому и зачем это нужно. Ты общаешься с людьми, они рассказывают о какой-то проблеме, ты задумываешься, как это решить, и находишь ответ. Важно, когда есть возможность обсудить свои мысли с такими же разработчиками, выслушать критику и предложения, поэтому очень важно работать в сообществе и делиться знаниями. Что касается планов, среди них — создать новый Google или Facebook, открыть черную материю и полететь в космос. А как иначе — без желания мечтать и творить?

Полезное чтение: