Jaunībā fizikas doktors Kirils Surovovs zinātnieka profesiju iztēlojās romantiski – cilvēki raksta formulas ar krītu uz tāfeles, daudz domā un izdara atklājumus. Šodien tāfeli lielā mērā aizstājis dators, turklāt nevis parasts, bet superdators. Latvijas Universitātes Eksakto zinātņu un tehnoloģiju fakultātes Skaitliskās modelēšanas institūta pētnieks ar tā palīdzību virtuāli atveido silīcija kristālu audzēšanu, meklējot iespējas pilnveidot šo sarežģīto un dārgo procesu.
Eiropas Savienības fondu līdzfinansētā projekta “Latvijas Universitātes zinātniskās infrastruktūras attīstība RIS3 jomās” ietvaros Latvijas Universitāte šogad iegādājusies piecus jaunus augstas veiktspējas serverus. Tie vairākkārt palielinājuši universitātei pieejamo skaitļošanas jaudu, ļaujot pētniekiem risināt sarežģītākus un apjomīgākus uzdevumus. Kirila gadījumā aprēķinu, kura veikšanai iepriekš bija vajadzīga vesela nedēļa, tagad iespējams pabeigt mazāk nekā diennaktī.
Jaunie serveri jau mainījuši arī viņa darba ritmu. “Agrāk, kamēr dators veica aprēķinus, varēju apstrādāt iepriekšējos rezultātus un rakstīt atskaites. Tagad vēl neesmu paguvis apstrādāt vienus rezultātus, kad jau pienākuši nākamie. Tā ir ļoti patīkama problēma,” viņš smaidot atzīst.
Kirils specializējies silīcija kristālu audzēšanas skaitliskajā modelēšanā. Vienkāršāk sakot, viņš datorā pēta, kas notiek kristāla audzēšanas iekārtā, un palīdz ražotājiem saprast, kā šo procesu uzlabot.
Silīcija kristāli ir izejmateriāls mikroshēmām, uz kurām balstās mūsdienu elektronika.
“Silīcijs tiek izmantots burtiski visur – datoros, planšetēs, mobilajos tālruņos un citās elektroniskajās ierīcēs. Tas joprojām ir elektronikas pamatā. Ne velti Silīcija ieleju sauc tieši par Silīcija ieleju,” saka Kirils.
Ar specializētām programmām pētnieks modelē šķidrā silīcija kustību, temperatūras sadalījumu un piemaisījumu izplatīšanos. Tādējādi iespējams prognozēt, kā izmaiņas audzēšanas procesā ietekmēs kristāla kvalitāti vēl pirms tās izmēģinātas rūpnīcā.
Šādas simulācijas palīdz ietaupīt gan laiku, gan līdzekļus. Silīcija kušanas temperatūra pārsniedz 1400 grādus, tādēļ reāli eksperimenti ir ļoti energoietilpīgi un dārgi – viens eksperiments var izmaksāt pat 30 000–40 000 eiro.
“Par šo naudu iespējams vairākus mēnešus nodarbināt pētnieku, kurš veic simtiem simulāciju. Mūsu uzdevums ir panākt, lai tās būtu pietiekami precīzas un industrijai noderīgas,” skaidro Kirils.
Virtuālie aprēķini gan pilnībā neaizstāj eksperimentus – to rezultāti jāpārbauda un jāsalīdzina ar reāliem datiem. Tādēļ laboratorijas pētnieki cieši sadarbojas ar ārvalstu zinātniskajām institūcijām un uzņēmumiem, tostarp Vācijas uzņēmumu “Siltronic” – vienu no pasaules vadošajiem īpaši tīra silīcija plākšņu ražotājiem. LU pētnieki palīdz risināt konkrētus ražošanas izaicinājumus, pilnveido modeļus un izmēģina jaunas pieejas, savukārt daļa sadarbībā iegūto rezultātu ir konfidenciāli.
Silīcija kristālu audzēšana ir tikai viens no skaitliskās modelēšanas pielietojumiem. LU Skaitliskās modelēšanas institūtā to izmanto arī ēku energoefektivitātes, metalurģijas procesu, laikapstākļu, klimata un pazemes ūdeņu izpētē. Savukārt augstas veiktspējas skaitļošana universitātē nepieciešama arī bioinformātikā, farmācija, genomu izpētē, kā arī mākslīgā intelekta risinājumu attīstīšanā. Piemēram, institūta pētnieki apvieno skaitlisko modelēšanu un mākslīgo intelektu, lai tērauda liešanas eksperimentu datos atpazītu ar aci nesaskatāmus burbuļus, kas var mazināt materiāla stiprību.
Jautāts, kas viņu darbā motivē visvairāk, Kirils izceļ iespēju risināt arvien jaunus uzdevumus un redzēt, kā no sarežģītiem aprēķiniem pakāpeniski izkristalizējas skaidrs, praksē izmantojams rezultāts. Tiesa, pētnieka ikdienu veido ne tikai aizraujošas simulācijas un skaisti grafiki, bet arī atskaites, saziņa ar kolēģiem un sadarbības partneriem, kā arī administratīvi pienākumi.
“Dažreiz ir jāraksta ne tikai dzeja, bet arī proza,” viņš ar smaidu raksturo zinātnieka darba abas puses.
Kirils iedrošina jauniešus nebaidīties izvēlēties ceļu zinātnē – jo īpaši tagad, kad mākslīgā intelekta rīki strauji maina daudzu profesiju saturu. Arvien vairāk uzdevumu iespējams automatizēt, savukārt zinātnē joprojām nepieciešama spēja orientēties nezināmajā, formulēt jaunus jautājumus un savienot dažādas zināšanas. Tāpēc, Kirila ieskatā, darbs zinātnē nākotnē varētu būt viens no noturīgākajiem karjeras virzieniem.
Turklāt zinātnes studijas nenozīmē, ka visa profesionālā dzīve obligāti jāpavada akadēmiskajā vidē.
“Bieži vien labākā izvēle šodien ir tā, kas paplašina nākotnes izvēles iespējas. Fizikas un citu zinātņu studijās iegūtās analītiskās un problēmu risināšanas prasmes vēlāk iespējams izmantot gan pētniecībā, gan informācijas tehnoloģijās, mākslīgā intelekta jomā, finanšu nozarē un citviet,” viņš saka.
Stāsts veidots ar ES fondu atbalstu.