авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 |   ...   | 6 | 7 || 9 | 10 |   ...   | 11 |

«ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ А.Н. Лукичев Композициональность объектно-событийных моделей встроенных систем Встроенные системы (ВсС) представляют собой ...»

-- [ Страница 8 ] --

В.Н. Синицкий Исследование, разработка и оптимизация схемы ввода излучения лазерных диодов в оптическое волокно Ставится задача – ввести излучение лазерных диодов в оптическое волокно. Из за несогласованности инварианта яркости лазерных диодов и оптического во локна использован переформирователь параметров пучка. Переформирователь параметров пучка служит для согласования пространственных параметров из лучения лазерных диодов и оптического волокна, разделяя излучения на эле ментарные пучки и поворачивая каждый элементарный пучок на 90° вокруг на правления распространения излучения. Осуществляется расчет требуемого ко личества разделений пучка для оптимального ввода излучения в оптическое во локно.

НАУЧНАЯ ШКОЛА «ТЕХНОЛОГИИ ВЫСОКОПРОИЗВОДИТЕЛЬНЫХ ВЫЧИСЛЕНИЙ И СИСТЕМ»

В.В. Бабкова, М.Д. Калугин Институт системного программирования РАН Разработка приложений в среде ParJava Среда ParJava поддерживает разработку переносимых прикладных параллель ных программ для систем с распределенной памятью (высокопроизводительных кластеров). Значительная часть процесса разработки перенесена на инструменталь ный компьютер за счет использования моделей параллельных программ. В число инструментов среды ParJava входят анализаторы исходного кода программы, гене раторы различных промежуточных представлений (абстрактное синтаксическое дерево, граф потока управления и т.п.), генератор модели параллельной программы, интерпретаторы модели. Кроме того, в составе среды реализованы средства под держки выполнения параллельных программ: возможность использования стан дартной библиотеки MPI в среде Java и механизм контрольных точек. При расста новке контрольных точек используется модель программы, позволяющая миними зировать объем сохраняемых данных.

Одним из приложений, разрабатываемых в среде ParJava, является параллель ная программа моделирования интенсивных атмосферных вихрей (ИАВ), постро енная на теории мезомасштабных вихрей по В.Н. Николаевскому (в сотрудничестве с Институтом физики Земли РАН). ИАВ описываются сильно нелинейной систе мой уравнений смешанного типа, и численное решение такой системы в трехмер ной сжимаемой сухоадиабатической атмосфере требует колоссального объема вы числений. Было рассчитано несколько вариантов развития торнадо с учетом силы Кориолиса, в том числе был рассчитан вариант с матрицей 320320200 и време нем развития торнадо в 5 мин. Размер занимаемой торнадо площади равен 1600 м в диаметре, высота 2000 м. На фрагменте кластера МСЦ РАН (64 2-х процессорных Power 2,2 GHz, 4 GB) задача заняла 96 часов чистого времени счета без учета на кладных расходов на контрольные точки. Результаты расчетов подтвердили теорию ИАВ и получили признание у специалистов (принято к публикации в ДАН по пред ставлению академика Г.С. Голицына). Разработка приложения показала, что среда ParJava может эффективно использоваться для проверки и уточнения новых теорий, обеспечивая быстрое прототипирование и модификацию программ.

А.И. Аветисян, М.С. Акопян, М.Е. Федосин Институт системного программирования РАН Интерпретация как средство исследования динамических свойств параллельной программы на инструментальном компьютере Рассматривается модель Java-программы с явными обращениями к библиотеке MPI и возможности ее использования для исследования динамических свойств параллельной программы на инструментальном компьютере, реализованные в среде ParJava. Такой подход позволяет существенно сократить как время и тру доемкость разработки программ, так и затраты на их модификацию в процессе эксплуатации. Модель параллельной программы – множество моделей ее мето дов. Модель каждого метода представляет собой модифицированное абстракт ное синтаксическое дерево, внутренние вершины которого описывают операто ры языка Java, а листовые – базовые блоки. При этом вызовы библиотечных функций, пользовательских методов выделены в отдельные базовые блоки. Вы зовы коммуникационных функций моделируются последовательностями базо вых операций обмена, разработанных на основе модели LogGP. Для обеспече ния возможности интерпретации программы по частям введены редуцирован ные блоки. Каждый процесс моделируемой программы представляется в моде ли логическим процессом, который описывается как последовательность дейст вий, имеющих определенную продолжительность. Время выполнения очеред ного действия определяется с помощью модельных часов: начальное показание модельных часов каждого логического процесса равно нулю, после каждого очередного действия к логическим часам добавляется продолжительность этого действия. Продолжительности действий определяются на целевой платформе.

Логические процессы могут выполняться на инструментальном компьютере в тредах. Для обеспечения возможности интерпретации модели на инструмен тальном компьютере (приемлемое время интерпретации, большие массивы данных) в среде ParJava интерпретируется только поток управления каждого логического процесса и операции обмена данными. Все остальные операторы программы (интерпретация выражений, управление памятью, динамическое определение типов объектов и т.п.) выполняются непосредственно JVM. Таким образом, в модели сохраняются только те данные, которые влияют на поток управления, а остальные данные исключаются. В результате часть кода базовых блоков становится «мертвым кодом» и удаляется. Интерпретация модели па раллельной программы позволяет получить временной и частотный профили, трассу, оценить границы области масштабируемости, определить оптимальную расстановку контрольных точек и т.д. Среда ParJava использовалась для разра ботки реальных приложений. В частности, была разработана параллельная про грамма, моделирующая процесс развития интенсивных атмосферных вихрей (совместно с Институтом физики Земли РАН).

А.Н. Макаров Санкт-Петербургский государственный университет Технологии Grid на примере проекта ARC NorduGrid. Установка и настройка вычислительного кластера, подключенного к ARC NorduGrid В современном мире многие задачи требуют сложных расчетов, обработки больших массивов данных, во многих областях наук существуют проблемы, ко торые требуют увеличения мощности вычислительных комплексов. Для этих целей создаются вычислительные сети Grid, в узлах которых находятся класте ры, объединяющие ресурсы разных типов (вычислительных, программных, хранилищ данных). Скоординированное распределение вычислительных ресур сов, расположенных географически в разных местах, позволяет решать задачи повышенной сложности для широкого круга пользователей. Реализации Grid систем могут быть разными, в настоящее время их существует несколько де сятков. В данной работе рассмотрена одна из них, а именно проект ARC Nor duGrid. Выбор именного этого ПО обусловлен хорошей стабильностью и под держкой, простой интеграцией с кластерными системами и прикладным ПО.

Задачей работы является настройка и запуск кластерной системы, подключен ной к ARC NorduGrid. Установка заданий пользователей должна выполняться через систему очередей. Вычислительный кластер должен поддерживать техно логию MPI2, OpenMP.

В результате работы был создан полностью работоспособный Grid-ресурс на основе проекта ARC NorduGrid. С 2007 г. ресурс эксплуатируется в произ водственном режиме. За это время решен ряд практических задач, в частности, группой сотрудников СПбГУ произведены вычисления (с использованием тех нологии MPI2) по исследованию структуры «Рунета» и ее динамики в рамках проекта «Интернет-математика 2007», поддерживаемого компанией Яндекс.

Также ресурс использовался российскими и европейскими учеными (Павел Ли хатов, Olav Syljuasen, Antti Hyvarinen) для решения исследовательских задач.

А.В. Козлицкая, А.В. Кощеев, А.И. Фетинина Вятский государственный университет Идентификация параметров математической модели развивающейся экономики Разработана концепция исследования инновационного потенциала Кировской области на основе имитационной модели ее экономики. Расчеты на модели да ют количественную оценку динамики макропоказателей экономики региона, включая оценку показателей инновационного потенциала. Имитационная мо дель экономики Кировской области является трехсекторной нормативной ба лансовой динамической математической моделью региональной экономики.

Динамика материальных и финансовых балансов в модели задана изменением запасов продуктов, факторов производства и денег. Выделены следующие эко номическое агенты: Правительство региона, Банковская система, домашние хо зяйства, Внешние агенты, торговый посредник. Производители представлены тремя секторами.

Для оценки огромного числа внешних параметров нормативной модели экономики предложена новая методика их идентификации, основанная на ис пользовании высокоскоростных параллельных вычислений. Для идентифика ции параметров проведены сравнения полученных при расчетах на модели вре менных рядов макропоказателей экономики региона с соответствующими ста тистическими временными рядами. При построении и идентификации имита ционной модели решаются задачи анализа и структуризации исходных данных в соответствии со структурой модели.

В.О. Лукащук, С.Ю. Лукащук Уфимский государственный авиационный технический университет Образовательная программа краткосрочного повышения квалификации в области суперкомпьютерных технологий В 2007 году в рамках Приоритетного национального проекта «Образование»

Уфимским государственным авиационным техническим университетом (УГАТУ) был приобретен новый суперкомпьютер, построенный на базе фир менных решений IBM BladeServer. Одновременно с этим остро встал вопрос о переподготовке преподавательского состава университета в области высоко производительных вычислений. В качестве первого этапа решения этой задачи в рамках инновационной образовательной программы подготовки кадров в об ласти информационных технологий проектирования, производства и эксплуа тации сложных технических объектов преподавателями кафедры высокопроиз водительных вычислительных технологий и систем (ВВТиС) разработана обра зовательная программа краткосрочного повышения квалификации «Основы су перкомпьютерных технологий». По этой программе в течение двух месяцев проведена переподготовка более пятидесяти преподавателей и сотрудников университета. В работе кратко описываются структура программы и методика ее преподавания, а также результаты ее апробации. Ил. 3, табл. 1.

Е.В. Болгова, А.С. Кириллов, Д.В. Леонов Оренбургский государственный университет Разработка программного обеспечения для моделирования конкурентного рынка на кластерных системах Предлагается подход к решению вычислительно-сложной задачи – построению оптимальной коалиции и распределения выигрыша кооперативных игр для n игроков. Задача моделирования конкурентного рынка может быть эффективно решена с помощью кооперативных игр. Практическую значимость решения ис следуемой проблемы можно увидеть на следующем примере: имеется восемь компаний, которые занимаются разработкой и продажей программного обеспе чения. У каждой из этих компаний существует по три стратегии поведения. Из за большого объема матрицы, задающие игру, и матрицы, полученные в про цессе решения, не приводятся. Целью задачи является найти наиболее выгод ные коалиции, т.е. определить, как компаниям необходимо скооперироваться, чтобы каждая из них получила максимально возможную прибыль. В работе предлагается задать кооперативную игру в виде совокупности биматричных игр. Таким образом, для задания игры n игроков требуется Cn биматричных игр, что обусловливает необходимость применения высокопроизводительных технологий. Такие задачи часто возникают в экономике (моделирование конку рентного рынка), политике и т.д. В результате проделанной работы разработан параллельный алгоритм и программа решения кооперативных игр с большим числом игроков, рассчитанная для запуска на кластере. Дана теоретическая оценка эффективности программы согласно закону Амдаля. В результате ана лиза полученных данных выявлена тенденция ускорения работы программы в зависимости от количества процессоров.

А.А. Сухинов Московский физико-технический институт (государственный университет) Адаптивные декартовые сетки Численное решение задач математической физики обычно требует наличия сет ки, покрывающей расчетную область. Физические явления часто характеризу ются наличием локализованных областей с большими градиентами физических величин. Численное моделирование таких задач на равномерных сетках неэф фективно, когда требуется высокая точность решения. Точность может быть повышена путем использования схем высокого порядка аппроксимации или пу тем уменьшения размеров элементов сетки. Однако схемы высокого порядка аппроксимации приводят к появлению осцилляций, а уменьшение размеров ячеек во всей области значительно увеличивает вычислительную сложность за дачи.

Адаптивные сетки – метод, который позволяет локально перестраивать сетку. Адаптация требуется, чтобы сгустить сеточные элементы в областях, где они наиболее необходимы, оставив сетку грубой в остальных местах. Работа посвящена построению эффективных алгоритмов функционирования декарто вых вычислительных сеток, адаптирующихся к получаемому решению, а также проверке этих алгоритмов на тестовых задачах диффузии-конвекции. Описаны структуры хранения сеток, построены алгоритмы адаптации сеток, интерполя ции данных и аппроксимации дифференциальных уравнений. Для адаптивных сеток приведены алгоритмы параллельных вычислений и балансировки загруз ки. Алгоритмы адаптивных сеток не зависят от решаемой задачи, что позволяет программно реализовать сетки в виде библиотеки. Реализованы двумерные сет ки, однако разработанные методы могут быть применены для сеток произволь ной размерности. При решении тестовых задач на регулярной сетке для дости жения сравнимой точности потребовалось в 16 раз больше ячеек, чем при ре шении на адаптивной сетке. Это было достигнуто ценой незначительного (в полтора раза) падения скорости вычислений.

М.М. Шихов Вятский государственный университет Реализация нейронной сети в распределенных системах Искусственные нейронные сети (НС) находят применение в задачах, связанных с обработкой информации. Классическими задачами являются распознавание образов и интерполяция (или аппроксимация) сложных функций. В алгоритмах с учителем заранее известное соответствие между входными и результирую щими данными используется для обучения НС. Процесс обучения продолжите лен во времени и связан со значительными вычислительными затратами. Для ускорения процессов обучения и распознавания можно использовать парал лельные вычисления. Большую зависимость на организацию подобного подхо да накладывает архитектура вычислительной системы, например многопроцес сорные системы с общей памятью или распределенные системы. В частности, большие ограничения накладываются на механизмы обмена данными между параллельно работающими вычислительными потоками. В качестве механизма обмена данными был выбран интерфейс передачи сообщений. Этот подход яв ляется универсальным и будет работать на любой архитектуре. В разрабаты ваемой реализации НС предлагается спроектировать приложение так, чтобы создать независимый абстрактный интерфейс передачи сообщений, который может быть реализован с использованием оптимальных для конкретных архи тектур механизмов обмена данными. В ходе разработки были выполнены оцен ки вычислительных затрат и затрат памяти. Предложены методы повышения быстродействия и проведена их оценка. Ил. 5.

Д.А. Караваев Новосибирский государственный университет, Институт вычислительной математики и математической геофизики СО РАН Численное моделирование распространения упругих волн в средах, характерных для грязевых вулканов Разрабатываемый комплекс программ предназначен для численного моделирова ния распространения упругих волн в трехмерных моделях упругих сред. Результа ты должны быть использованы при интерпретации экспериментальных результатов вибросейсмических исследований грязевых вулканов Таманской грязевулканиче ской провинции. Предполагается изучение вулканических трубок вибросейсмиче скими методами с применением сейсмических вибраторов и площадных систем ре гистрации. Выбор схемы наблюдений будет сделан на основе результатов матема тического моделирования. Численное моделирование процессов распространения сейсмических волн в сложно построенных упругих анизотропных средах проводит ся на основе решения полной системы уравнений теории упругости, записанной в скоростях перемещений и напряжений с соответствующими граничными и началь ными условиями. Для расчета теоретических сейсмограмм, возникающих в резуль тате воздействия сосредоточенного источника, расположенного в анизотропной среде, необходимо определить компоненты вектора скоростей смещения и напря жений. Решение трехмерной задачи распространения упругих волн основано на по строении конечноразностной схемы и дальнейшем ее разрешении. Основным усло вием построения подходящей схемы является удовлетворение интегральным зако нам сохранения. Полученная в итоге схема имеет второй порядок аппроксимации по времени и пространству. Алгоритм реализуется на языке Fortran. Программа предусматривает распараллеливание с помощью языков параллельного программи рования OpenMP и MPI и предназначена для реализации на многопроцессорных вычислительных системах. С помощью программы проведена серия расчетов на многопроцессорных вычислительных системах. Полученные численные результа ты будут использованы при выборе схемы наблюдения при вибросейсмическом мониторинге грязевого вулкана «Гора Карабетова» в 2008 г.

П.М. Райков Анализ алгоритмов для балансировки одного класса задач, выполняемых в распределенной системе Рассмотрена задача распределения большого количества данных по ограничен ному числу вычислителей, объединенных в общую сеть, для последующей их обработки на вычислителях. Для решения поставленной задачи использовались генетические алгоритмы и метод Монте-Карло. Дан обзор существующих ме тодов балансировки для дискретного количества процессоров и заданий и их возможного применения в поставленной выше задаче.

П.Н. Полежаев Оренбургский государственный университет Повышение эффективности вычислительного кластера за счет оптимального планирования задач Достаточно полно исследованы основные алгоритмы планирования задач для кластерных систем путем их сравнительного анализа с помощью широкого на бора критериев. Рассматриваются различные ситуации: гомогенный или гетеро генный кластер без локальной вычислительной загрузки узлов, гетерогенный кластер рабочих станций, сочетание алгоритмов планирования, методы выбора узлов для назначения работ и критерии доступности узлов. Для целей исследо вания разработана модель вычислительной загрузки кластера, построена ими тационная модель – симулятор работы вычислительного кластера, выбраны критерии и метрики сравнения различных алгоритмов планирования с помо щью предложенного подхода. Использование симулятора по сравнению с ре альным кластером дает финансовую выгоду, уменьшает дополнительные тру дозатраты (например, нет необходимости обеспечивать стабильность или со ставлять набор реальных задач для эксперимента), снижает время исследова ния, а также обеспечивает гибкую (возможность изменения аппаратной конфи гурации) и контролируемую (отсутствие аппаратных и программных сбоев) среду вычислений. Симулятор обеспечивает большую приближенность резуль татов к реальным по сравнению с использованием аналитического анализа мо делей, для которого характерно наличие большого числа упрощений и предпо ложений, и может быть использован в учебных целях. Ил. 2.

И.Ю. Кудряшов, Д.Ю. Максимов*, П.Ю. Томин Московский физико-технический институт (государственный университет) * Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова Применение параллельных вычислений при моделировании и мониторинге разработки нефтегазовых месторождений В работе обсуждаются методы, примененные при распараллеливании гидроди намического симулятора МКТ, разработанного российской группой компаний TimeZYX совместно с учеными Института прикладной математики им.

М.В. Келдыша РАН. При помощи МКТ возможно моделирование фильтрации в анизотропных средах с использованием полного тензора проницаемости, учет нелинейного притока при совместной добыче из несвязанных пропластков, прямое моделирование геолого-технических мероприятий, таких как гидрораз рыв пласта. Для проведения ресурсоемких расчетов по прогнозу и адаптации гигантских моделей месторождений нефти и газа создана параллельная версия МКТ, работающая на высокопроизводительных вычислительных кластерах. В ней реализован и апробирован алгоритм рационального разбиения расчетной области на произвольное число подобластей, обеспечивающий равномерное распределение активных ячеек по процессорам (ядрам), что позволяет умень шить время счета на треть и более. Параллельная версия симулятора МКТ была апробирована на моделях реальных месторождений, расчеты которых проводи лись на кластерах ИПМ им. М.В. Келдыша РАН, компаний Hewlett-Packard и Intel. Проверена возможность расчета очень крупных моделей, в том числе со держащих более 500 млн. ячеек. Симулятор показал хорошую масштабируе мость. При увеличении размера модели вместе с числом процессоров время счета увеличивается не более чем на 40%. При малом числе скважин эффектив ность близка к 95%, для реальной модели более чем с 5000 скважин эффектив ность составляет 60–65%. Полученные результаты использованы в работах по повышению нефтеотдачи крупных месторождений ТНК-BP, в том числе Талин ской площади Красноленинского месторождения. Ил. 3, табл. 7.

А.Г. Тарасов Вычислительный центр Дальневосточного отделения РАН Опыт совместного использования системы виртуализации XEN и системы мониторинга grate на вычислительном кластере ВЦ ДВО РАН В ряде случаев приложения пользователей кластера занимают не все вычисли тельные ресурсы узла, на котором выполняются, в то время как более емкие с точки зрения необходимых ресурсов памяти или процессорного времени задачи вынуждены простаивать в очередях, ожидая освобождения необходимых узлов.

При использовании механизма виртуализации XEN возможно использовать ми грацию (с некоторыми ограничениями) выполняющихся процессов с одного вычислительного узла на другой. Эта возможность была добавлена на экспери ментальный вычислительный кластер на кластере ВЦ ДВО РАН с целью изуче ния влияния XEN на производительность вычислительных узлов как в пассив ном режиме (без осуществления миграций), так и в активном. Системы виртуа лизации позволяют запускать несколько копий операционных систем на одной машине. При этом одна из операционных систем выполняет служебные функ ции и называется хостовой (англ. host), а остальные – гостевой. Миграция вы полняющейся копии операционной системы доступна стандартными средства ми XEN. Дополнительная возможность – создание слепка выполняющейся опе рационной системы (checkpoint) – также может использоваться для восстанов ления работоспособности при восстановимом сбое. Программный комплекс на базе системы мониторинга grate анализировал эффективность использования ресурсов на вычислительном узле, используя данные, предоставляемые моде лируемым промежуточным уровнем, и при необходимости осуществлял ми грацию с одного узла на другой (выполняя скрипты командной оболочки с со отвествующими командами). Также система использовалась при моделирова нии восстановимого отказа узла (такого, при котором миграция еще возможна – выход из строя несистемной среды распространения данных, перегрев со сни жением частоты). Задачей системы было отследить отказ и инициировать ми грацию, выполнив заранее подготовленный shell-скрипт. При этом не происхо дило значительного прерывания вычислительного процесса, и, как показали тестовые замеры, для малого числа узлов, выполняющих параллельный расчет задачи с постоянной передачей данных между узлами, потери были малы. Од нако при увеличении числа миграций (или числа узлов, участвующих в расче тах) падение производительности становится более ярко выраженным, и частая миграция выполняющихся процессов является неоправданной. Ил. 2, табл. 1.

О.М. Косогоров Санкт-Петербургский государственный университет О вэйвлетно-сплайновом сжатии В работе рассматриваются вейвлетные разложения системы вложенных про странств сплайнов. На их основе строятся и исследуются алгоритмы обработки (в том числе сжатия) потоков числовой информации, которые целесообразно применять к потокам с резко меняющимися характеристиками. Алгоритмы вос становления позволяют провести восстановление с потерей (осуществив сжа тие) или (при необходимости) полностью восстановить исходный числовой по ток. Предлагается программная реализация алгоритма. Также рассматривается возможность распараллеливания, дан алгоритм, позволяющий полностью за грузить двухъядерную или двухпроцессорную архитектуру.

И.И. Колыхматов Генерация, моделирование и визуализация комплексных сетей Моделирование сложных систем является одним из приоритетных направлений развития наукоемкого программного обеспечения. Под сложной системой по нимается система, которая состоит из очень большого количества элементов;

допускает «дальние» связи между элементами;

обладает многомасштабной (пространственно-временной) изменчивостью. Как следствие, поведение сис темы описывается целым комплексом взаимодействующих моделей (в общем случае основанных на различном математическом аппарате и соответствующих различным областям знания) и требует существенных вычислительных затрат.

В докладе рассматривается специфический класс сложных систем, описывае мых в форме комплексных сетей с очень большим количеством узлов, структу ра которых нерегулярна, сложна и динамически эволюционирует во времени. В рамках данной работы предложен и исследован ряд параллельных алгоритмов построения сетей с заданным законом распределения степеней вершин, моде лирования динамики эпидемии и укладки комплексных сетей. На основе анали за предложенных параллельных алгоритмов построены параметрические моде ли производительности, позволяющие сделать выводы об ускорении вычисле ний и масштабируемости различных этапов компьютерного моделирования сложной системы. Проведенные эксперименты показывают, что в силу наличия дальних связей между узлами комплексной сети ускорение от распараллелива ния невысоко (на кластере TForge-Mini, например, параллельная эффективность не превышает 50%). В то же время принципиальным качеством алгоритмов ге нерации и моделирования сетей является то, что эффективность не зависит от размера сети, а только от закона распределения связей. Это дает определенные гарантии возможности получения результата за разумное (пусть и достаточно большое) время при увеличении количества вычислительных узлов и позволяет спрогнозировать время моделирования сети произвольного размера. Следует отметить, что современные персональные вычислительные системы позволяют хранить сети порядка 107 вершин, в то время как для ряда задач (например, для оценки влияния узлов с большим количеством связей) эта величина должна быть на два порядка больше. Таким образом, цель применения данных парал лельных алгоритмов состоит, в первую очередь, в распределении данных по уз лам системы, пусть даже в ущерб производительности. Отдельной задачей яв ляется параллельная реализация алгоритмов укладки комплексных сетей в про цессе визуализации их динамики. Специфика этой проблемы связана с тем, что фрагменты смоделированной сети хранятся на различных узлах, в то время как визуализация осуществляется на удаленном терминале. Исследование масшта бируемости параллельных алгоритмов выполнялось на кластере TForge-Mini под управлением ОС Linux.

С.В. Иванов, С.В. Ковальчук, И.И. Колыхматов Особенности проектирования высокопроизводительных программных комплексов для моделирования сложных систем Высокоуровневое проектирование ставит своей целью формализацию и обос нование внутренней структуры ПО, которая наилучшим образом удовлетворяет проектным требованиям при заданном наборе ограничений в области работо способности, безопасности, безотказности, защищенности. В работе рассматри ваются особенности проектирования наукоемкого программного обеспечения для моделирования сложных систем на примере высокопроизводительного про граммного комплекса моделирования экстремальных явлений в атмосфере и океане, разрабатываемого в рамках проекта ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007–2012 гг.». Анализируется ряд аспектов проектирования науко емкого программного обеспечения для моделирования сложных систем: ис пользование сервисно-ориентированной архитектуры;

оптимизация механизмов оперирования большими объемами данных за счет применения технологии REST и комбинированного способа хранения расчетной информации;

примене ние иерархической схемы отображения архитектуры программной системы на параллельную архитектуру вычислительной системы на различных уровнях.

Рассматривается аппарат параметрических моделей производительности, на строенных на основе прототипов и используемых для оценки степени соответ ствия архитектуры программного комплекса проектным требованиям и опти мизации производительности программного комплекса за счет динамического выбора схемы отображения.

М.А. Лукин, Р.С. Увашев Вятский государственный университет Система анализа потока изображений в реальном времени на основе искусственных нейронных сетей Распознавание растровых изображений при помощи искусственных нейронных сетей (ИНС) – одна из распространенных задач искусственного интеллекта.

Существует множество алгоритмов для повышения точности, помехоустойчи вости и скорости обучения, а также методы распараллеливания вычисления значений выходов ИНС для получения результата за кратчайшие промежутки времени. Однако изучение динамики объектов исследуемого пространства, ин терпретация произошедших и оценка вероятностей предстоящих событий тре бует дополнительных вычислительных затрат и особого подхода к распределе нию ресурсов между компонентами вычислительной системы. Разрабатывае мый проект обобщает известные методы распознавания и анализа изображений и позволит, используя распределенные вычисления, отслеживать и прогнозиро вать поведение объектов изучаемого пространства в реальном времени.

И.А. Пименов Параллельная производительность стохастических алгоритмов Обсуждаются вопросы построения моделей производительности параллельных стохастических алгоритмов для различных классов задач. Предложен парамет рический подход, который позволяет описать параллельное ускорение в форме детерминированной функции. Ее параметрами являются случайные величины, характеризующие объективные свойства алгоритма и не зависящие от особен ностей программно-аппаратной реализации. Это позволяет в аналитической форме исследовать зависимость вероятностных характеристик производитель ности от алгоритма и специфики параллельной вычислительной архитектуры.

В.В. Комаров Государственный университет – Высшей школы экономики, Москва Субъектно-ориентированный подход к моделированию деятельности предприятия в ИТ-проектах Несоответствие результатов ИТ-проекта ожиданиям и потребностям бизнеса яв ляется существенным риском и одной из причин неудач проектов. Данный риск присущ большей части ИТ-проектов и возникает из-за несовершенства техноло гий трансляции высокоуровневых бизнес-требований представителей заказчиков ИТ-проектов на системные требования низкого уровня, формулируемые на язы ке разработчиков конечного продукта (информационной системы). Рассматри ваемый субъектно-ориентированный подход к анализу архитектуры предприятия используется для моделирования деятельности и в частности, бизнес-процессов организации. В предлагаемом решении совмещены преимущества объектно ориентированного и потоко-ориентированного подходов, что позволяет предста вить деятельность организации с точки зрения взаимодействия отдельных субъ ектов процессов (сущностей, ролей, информационных систем, и др.), каждый из которых видит и несет ответственность за конкретную часть определенного про цесса. Предлагаемый подход реализуется в виде интерактивного ПО, что позво ляет в кратчайшие сроки проводить интеграцию моделей бизнес-логики различ ных уровней и получать обоснованные решения для автоматизации бизнес процессов с минимальными рисками несоответствия.

О.О. Рыбак Оценивание режимных распределений характеристик морского волнения по данным гидродинамического моделирования Освоение Мирового океана требует информации о внешних нагрузках на мор ские объекты и сооружения. Внешние нагрузки обусловлены совместным дейст вием ветра, волнения и морских течений (в некоторых случаях льда) при опреде ленном уровне моря. Их характеристики подразделяются на оперативные (опре деляющие режимы эксплуатации объектов и сооружений) и экстремальные (ха рактеризующие режим выживания). В отличие от оперативных характеристик, традиционно получаемых посредством статистического анализа исторических массивов гидрометеорологической информации, экстремальные характеристики обычно не обеспечены данными наблюдений и, как следствие, должны опреде ляться с использованием инструментария математического моделирования. В работе представлены результаты применения концепции получения режимной гидрометеорологической информации, основанной на использовании методов и технологий гидродинамического моделирования, для оценивания характеристик экстремальных гидродинамических явлений. Ил. 3, табл. 2.

Г.И. Радченко Южно-Уральский государственный университет Система CAEBeans: сервисно-ориентированный подход к предоставлению ресурсов CAE-пакетов Одним из перспективных направлений использования кластерных суперком пьютерных систем и грид-сетей, построенных на их основе, являются задачи инженерного моделирования и анализа с использованием программных пакетов САЕ (Computer-Aided Engineering). Практически все наиболее распространен ные САЕ-пакеты (ANSYS, CFX, LS Dyna, Abaqus, Deform и др.) имеют сегодня параллельные версии и допускают распределенное использование (различные части одного пакета могут работать на различных грид-узлах). Наряду с этим отечественная промышленность достигла уровня осознания необходимости применения суперкомпьютерного инженерного моделирования и анализа для обеспечения высокого уровня конкуренции своих продуктов. Основными при чинами, препятствующими массовому внедрению инженерного моделирования с помощью САЕ-пакетов в вычислительных суперкомпьютерных грид-средах, являются: отсутствие технологий и программных систем, нацеленных на инте грацию САЕ-пакетов в грид;

сложность организации работы сервера лицензий в грид-среде;

сложность пользовательского интерфейса многоцелевых САЕ пакетов;

сложность организации параллельного и распределенного моделиро вания инженерных задач. В качестве перспективного решения указанных про блем предлагается технология CAEBeans – проблемно-ориентированных ие рархий грид-оболочек. Технология CAEBeans базируется на инкапсуляции и предоставлении ресурсов CAE-пакетов и высокопроизводительных сред, что позволяет организовать эффективное использование CAE-пакетов широким кругом пользователей, посредством автоматизации процесса решения типовых задач. Общая архитектура системы разделяется на 4 слоя, формируемые опре деленным типом CAEBean оболочек. Концептуальный слой CAEBeans – вер хушка иерархии системы CAEBeans. Проблемные CAEBeans-оболочки, реали зованные на данном слое, предоставляют конечному пользователю интерфейс для постановки и решения задач определенного класса. На логическом слое производится декомпозиция общей задачи на типовые подзадачи, которые мо гут быть реализованы отдельными базовыми компонентами. Потоковый (Work flow) CAEBean, представляющий функциональную нагрузку данного слоя, по зволяет сформировать поток задач, представляющий собой поток данных, пе редаваемых между базовыми компонентами в ходе решения задачи. Основная функциональная нагрузка физического слоя CAEBeans состоит в преобразова нии постановки задачи из проблемно-ориентированной (фигурирующей в кон цептуальном и логическом слоях) в компонентно-ориентированную формули ровку. Системные CAEBeans-оболочки, представляющие системный слой ие рархии CAEBeans, инкапсулируют функциональные возможности базовых компонентов и обеспечивают удаленное сервисно-ориентированное предостав ление их ресурсов в грид-среде.

М.Е. Карпунина Нижегородский филиал государственного университета – Высшей школы экономики Сравнительный анализ использования Табу-машины и нейронных сетей Хопфилда для решения задач дискретной оптимизации из области распре деленных баз данных Общим для проблем принятия оптимальных решений является то, что их мате матическая модель может быть сформулирована как задача оптимизации, свя занная с поиском таких значений управляемых переменных, которые обеспечи вают экстремальное значение одной из наиболее важных технико экономических характеристик объекта при условии, что другие характеристики удовлетворяют заданной совокупности технических требований. При этом ос новные трудности численного решения экстремальных задач такого рода связа ны с их размерностью и видом оптимизируемой функции, которая в общем слу чае может быть нелинейной, разрывной, недифференцируемой и многоэкстре мальной. В работе предложен новый нейросетевой подход к решению задач дис кретной оптимизации, возникающих в процессе синтеза оптимальных логиче ских структур распределенных баз данных. Он основывается на использовании табу-поиска и принадлежит к категории эвристических методов, позволяющих преодолевать указанные трудности и находить приемлемо хорошие решения.

Рассматриваемая нейросеть называется Табу-машиной, потому что она имеет та кую же структуру, как машина Больцмана, но ее работа основана на табу-поиске, который обеспечивает сходимость сети. В процессе исследования преимуществ нейросетевого подхода к решению задач дискретной оптимизации с использова нием Табу-машины были найдены решения, качественно превосходящие реше ния той же задачи, полученные ранее с использованием сетей Хопфилда. В ре зультате оптимизации времени работы Табу-машины время работы алгоритма при решении задачи синтеза типов логических записей значительно снижено как по сравнению с исходным вариантом табу-алгоритма, так и с нейросетевым ал горитмом, основанном на использовании сетей Хопфилда. В результате исследо вания пространства параметров Табу-машины, построенной для задачи безызбы точного размещения типов логических записей по узлам вычислительной сети, выявлены области значений параметров, использование которых позволяет не только улучшить качество решения, но и повысить эффективность его нахожде ния в сравнении с нейросетями Хопфилда. Ил. 16.

А.И. Уланов Санкт-Петербургский государственный политехнический университет Математическое моделирование геомеханических процессов В работе исследуется возмущение напряженного состояния двухфазной среды в окрестности нефтяной скважины при бурении, оценивается возможность отно сительного скольжения вдоль границ различных слоев породы. Статья посвя щена разработке математического аппарата и созданию вычислительного паке та для моделирования геомеханических процессов, возникающих при проседа нии поверхности в результате разработки нефтяных или газовых резервуаров, исследование напряженного состояния грунта при бурении скважины, исследо вание процессов консолидации грунта, моделирование сдвига слоев грунта друг относительно друга. Приведена модель, описывающая совместный процесс оп ределения напряженного состояния и диффузии порового давления жидкости в пороупругой насыщенной среде. Исследования проводятся в предположении, что рассматриваемое тело будет состоять из частей, разделенных зоной контак та. Отличительной особенностью рассмотренной проблемы является использо вание контактного слоя, с помощью которого проводилось моделирование эф фекта скольжения слоев грунта. Такой подход к описанию и реализации про цессов, протекающих в рассматриваемом теле, вносит существенные изменения и усложнения в модель двухфазной пороупругой среды. Для анализа возникно вения и развития скольжения использован закон Мора-Кулона. Для численной реализации данной задачи использовался метод конечных элементов. Ил. 6, табл. 1.

С.М. Вишняков, С.В. Ковальчук Особенности адаптации вычислительных алгоритмов под параллельную архитектуру графических акселераторов В последние годы интенсивное развитие получила специфическая отрасль высо копроизводительных вычислений – расчеты на системах с параллельными акселе раторами – дополнительными устройствами, принимающими на себя существен ную часть вычислительной нагрузки работающего приложения. К таким устрой ствам относятся, в частности, GPU (Graphic Processor Unit) –устройства, предна значенные для работы с графикой. По сравнению с традиционными архитектура ми (например, кластерами), они обладают несопоставимо низкой характеристикой «цена/производительность», что стимулирует интерес к использованию GPU не только для обработки графической информации, но и для решения произвольных вычислительных задач. В работе обсуждаются вопросы отображения вычисли тельных алгоритмов на параллельную архитектуру GPU-акселератора. В качестве примера рассматривается задача параметрической оптимизации методом случай ного поиска. Построена и исследована аналитическая модель производительности для программ, использующих графические акселераторы.

М.И. Меретяков Сравнительный анализ систем мониторинга ресурсов Грид Одной из важных составляющих Грид (GRID) является система мониторинга.

Системы мониторинга нужны для поиска ошибок, для поиска и использования ресурсов, для измерения производительности, для эффективного управления системой, для помощи в составлении расписания для выполняемых задач, а также для ведения учета и статистики. В связи с тем, что Грид может состоять из нескольких тысяч различных ресурсов, к системе мониторинга предъявля ются определенные требования. Предлагается несколько вариантов классифи кации систем мониторинга, приводится сравнительная таблица с существую щими системами мониторинга.

А.А. Козлов Пермский государственный университет Мультиагентная система динамической балансировки распределенной имитационной модели Целью работы является разработка мультиагентной системы динамической ба лансировки распределенной имитационной модели Triad.Net. Задача баланси ровки ставится как задача отображения неизоморфных связных графов, B: TM ® NG, где TM – множество графов моделей, NG – множество графов – конфи гураций компьютерной сети. Граф G NG, G = {C, Ed}, определяется множе ством вычислительных узлов C и множеством ребер Ed, обозначающих линии связи, NG как граф, содержащий все возможные (допустимые) графы G в каче стве подграфов. Граф M TM, M = {U, V, W}, задает имитационную модель, U – множество входных и выходных полюсов, V – множество вершин, которые отображают отдельные компоненты имитационной модели, W – связи между этими компонентами. Следует отметить, что одному вычислительному узлу Cj G может соответствовать любое число вершин (в том числе и нуль) вершин графа M. Необходимо расположить объекты имитационной модели по узлам вычислительной сети таким образом, чтобы нагрузка на вычислительных узлах была приблизительно равной, при этом затраты на коммуникацию между узла ми также должна быть минимизирована. Перераспределение ресурсов при вы полнении имитационного прогона происходит динамически, имитационный эксперимент не прерывается.

На данном этапе были рассмотрены различные подходы к решению данной задачи, в том числе и алгоритмы динамической балансировки, основанной на знаниях. На основании анализа трудов других авторов и подсистемы баланси ровки, разрабатываемой на кафедре (балансировка на основе знаний): разрабо тана структура и архитектура мультиагентной системы балансировки для обес печения гибкого и эффективного динамического перераспределения ресурсов, типы агентов, осуществляющих балансировку;

определены метаправила про цесса балансировки;

разработано внутреннее представление системы имитации;

подробно разработана архитектура агента анализа;

разработан волновой алго ритм для начальной синхронизации агентов распределения на произвольной се ти;

реализована работа агента анализа с частичным построением внутреннего представления всей мультиагентной подсистемы балансировки. Ил. 18.

А.А. Федорцов Всероссийский научно-исследовательский институт гидрометеорологической информации – мировой центр данных Оценка характеристик работы портала ЕСИМО Портал Единой системы информации об обстановке в Мировом океане (ЕСИМО) является типичной информационно-коммуникационной системой (ИКТ). Портал использует крупные коммерческие программные инструменты – сервер приложений JBOSS, сервер баз данных Oracle, а также прикладные раз работки – технологию интеграции гетерогенных распределенных информаци онных ресурсов и централизованную базу метаданных. Эти продукты в силу их сложности эксплуатируются на разных физических серверах. Каждый из ис пользуемых инструментов имеет свои средства мониторинга состояния работы.

Для управления работой портала требуется создание общей системы монито ринга оценки технических характеристик портала. В настоящее время для пор тала разработаны средства учета статистики посещений;

времени, затрачивае мого на получение контента, статистики уникальных пользователей и др. Для оценки работы портала постоянно ведется мониторинг технических характери стик для сервера приложений (загрузка процессора, используемая оперативная и дисковая память). В случае превышения заданных критериев, администратору портала выдается сообщение о ситуации. В файле можно увидеть развитие си туации во времени. Эта информация позволила выявить ошибки в некоторых приложениях (например, несвоевременное освобождение оперативной памяти в виртуальной машине приложением). Статистика посещаемости (до 950 тыс. по сещений за июнь 2007 г. на этапе опытной эксплуатации ЕСИМО) позволяет сказать, что при возможной пиковой нагрузке на портал существующие техни ческие средства не смогут ее обработать. Эксплуатация технологии интеграции и обмена данными между серверами, в которой используется язык XML, также выявила большое время (минуты, что для ИКТ неприемлемо) выполнения за проса до доставку данных. Сделан вывод, что для эксплуатации крупных ИКТ требуется использование технологий высокопроизводительных вычислений и систем. На первом этапе это может быть применение кластерной технологии, многопроцессорных серверов, а еще эффективнее – мэйнфреймов. В докладе подробно представлены показатели работы программно-технических средств портала ЕСИМО.

Д.Д. Чижикова Нижегородский филиал государственного университета – Высшей школы экономики Математические алгоритмы измерения поляризованности политических взглядов» (на примере выборов в ГД РФ по Нижегородской области) В политической теории значительное внимание уделяется вопросам оценки си туации в терминах глобальных показателей. К таковым относятся показатели диспропорциональности заполнения парламента, фрагментарности общества, индексы влияния и др. В работе исследованы два подхода к оценке показате лей, характеризующие политические взгляды общества: показатель поляризо ванности общества и показатель симметричности политических взглядов. Для показателя поляризованности разобраны два способа его определения и показа но, чем они отличаются друг от друга. При этом используется аксиоматический подход. Значения показателей рассчитаны для районов Нижегородской области на выборах в Государственную Думу Российской Федерации 1999 и 2003 гг.

Ил. 16, табл. 4.

К.Ю. Замотин Санкт-Петербургский государственный политехнический университет Расчет акустических характеристик автомобильных зеркал Цель работы – рассчитать основные акустические характеристики звукового поля, возникающего при обтекании автомобильного зеркала воздушным турбу лентным потоком. Решение уравнения Лайтхилла при наличии в потоке твер дых границ, полученное Керлем, дает формулы для флуктуаций акустического давления по данным гидродинамических расчетов. Для получения гидродина мического давления на поверхности зеркала производилось моделирование об текания автомобильного зеркала воздушным турбулентным потоком. Расчет давлений производится в программном комплексе CFX с использованием раз личных моделей турбулентности. Для получения состоятельной оценки спек тральной плотности мощности был применен метод Бартлета.

М.В. Бацын, В.А. Калягин Нижегородский филиал государственного университета – Высшей школы экономики Об одном алгоритме вычисления функции распределения выплат в модели коллективных страховых рисков Для решения многих задач страховой математики необходимо знать функцию распределения суммарных выплат страховой компании. В данной работе рас смотрен случай перестрахования больших ущербов, превышающих так назы ваемый уровень собственного удержания. В этом случае распределение выпла ты в одном страховом случае является разрывной функцией, и нахождение функции распределения суммы таких выплат – очень сложная задача. В работе получено аналитическое выражение для функции распределения суммы стра ховых выплат при равномерном распределении ущерба в рамках однопериод ной модели коллективных рисков. Полученный результат имеет аналогию с из вестной в страховой математике рекуррентной формулой Пейнджера. На осно ве найденного решения строится эффективный алгоритм вычисления функции распределения. Для повышения производительности вычислений на многопро цессорных архитектурах в работе разработано 3 варианта распараллеливания алгоритма, исследована эффективность каждого из вариантов при различных значениях параметров.

П.А. Новиков Институт автоматизации проектирования РАН Математическое моделирование аэродинамики спускаемых аппаратов на базе многопроцессорных вычислительных комплексов Работа посвящена изучению аэротермодинамики спускаемых аппаратов на осно ве разработанного прикладного математического обеспечения для вычислитель ных многопроцессорных систем параллельной архитектуры.


Задача исследова ния заключалась в разработке параллельных алгоритмов для численного моде лирования аэродинамики спускаемых аппаратов различных форм с учетом физи ко-химических процессов в поле течения, численном изучении структуры про странственного нестационарного следа, а также влияния вихревой структуры ближнего следа на аэродинамические характеристики объектов и газодинамиче ские параметры потока. В работе сделана программная реализация метода пото ков для вычислительных систем параллельной архитектуры. Данный метод об ладает свойством консервативности, основан на аппроксимации интегральных законов сохранения и позволяет проводить исследования без предварительного выделения особенностей течения. В работе исследовались аэродинамические ха рактеристики для дозвуковых, трансзвуковых и сверхзвуковых режимов при раз личных углах атаки. Также изучалось влияние на аэродинамику аппаратов ближнего следа с нестационарными вихревыми структурами. Качественно пока заны стадии формирования, схода вихрей с обтекаемой поверхности и после дующая их диффузия в ближнем следе. Проведено исследование влияния хими ческих процессов на газодинамические параметры гиперзвукового потока. Ил.10.

Р.В. Куралев Санкт-Петербургский государственный университет Исследование эффективности распараллеливания расчета свойств связанных состояний квантовых малочастотных систем на основе модели передачи сообщений Проблема расчета свойств связанных и резонансных состояний квантовых мало частичных систем является чрезвычайно актуальной, что обусловлено перспекти вами использования молекулярных тримеров в различных технологиях. Трудоем кость численного решения таких задач велика. Их решение требует применения сложных численных методов для решения многомерного уравнения Шредингера.

Одним из перспективных подходов является применение МКЭ, который приводит к обобщенной проблеме собственных значений. При решении этой проблемы приходится работать с разреженными матрицами большого размера. Формирова ние таких матриц и вычисление подмножества собственных значений требует больших затрат процессорного времени. В работе исследуется эффективность распараллеливания программного пакета ACE, предназначенного для расчета свойств связанных и резонансных состояний квантовых трехчастичных систем.

Распараллеливание выполнено на основе модели передачи сообщений с использо ванием реализации спецификации MPI: MPICH 2.x и Intel MPI. Показана хорошая масштабируемость параллельной версии пакета. Получены численные оценки эффективности распараллеливания для обеих реализаций. Проведены расчеты для ряда квантовых трехчастичных систем.

Е.Н. Головченко, Д.В. Петров* Институт математического моделирования РАН * Московский государственный технологический университет «СТАНКИН»

Среда моделирования для решения перколяционных задач В настоящее время многопроцессорные вычислительные системы перестали быть редкостью. Зачастую пользователь имеет доступ к нескольким вычисли тельным ресурсам. Также в последнее время большое внимание уделяется раз витию GRID-технологий, что дало многим пользователям возможность считать задачи на GRID-системах, объединяющих несколько вычислительных ресурсов.

Однако процесс подготовки и запуска заданий для каждой системы имеет свои особенности. И не всегда эти операции интуитивно понятны обычному пользо вателю. При моделировании практических задач чаще всего требуется провести несколько десятков вычислений одной и той же задачи с разными, или одними и теми же, наборами входных данных. В результате пользователю приходится выполнять десятки раз повторяющиеся действия. Операции, производимые при решении задачи, могут быть нацелены на различные кластеры или хранилища данных, что влечет за собой запоминание и ввод разных логинов и паролей. Для упрощения процесса взаимодействия с вычислительными системами была соз дана среда моделирования. С использованием данной среды проведено модели рование заводнения месторождения нефти. Месторождения аппроксимирова лось перколяционными решетками, содержащими 106–1010 узлов. Исследована эффективность стационарного и нестационарного режимов воздействия на ме сторождение. Получены графики распределений нефти, воды, давления и ва кансии по месторождению.

Д.Д. Николаев, М.Л. Ремизов*, А.В. Ростовцев*, Чинь Киен Куанг Московский физико-технический институт (государственный университет) * Институт точной механики и вычислительной техники им. С.А. Лебедева РАН Специализированное вычислительное устройство для обработки радиолокационной информации Одной из характерных задач обработки радиолокационной информации является вычисление комплексной матрицы в режиме реального времени. В ра боте рассмотрена реализация алгоритма рекурсивного вычисления комплекс ной 64-мерной матрицы. Вычисления программным способом не обеспечивают требуемую скорость, поэтому принято решение реализовать вычисления аппа ратно. Результат моделирования позволил установить, что вычисления в фор мате single чисел с плавающей запятой обеспечивают необходимую точность и диапазон вычислений. В работе предложен формат чисел с плавающей запятой, который позволяет упростить проектирование и ускорить работу устройства матричных вычислений. Основной объем вычислений производится в блоке из 64 узлов комплексных MAC (умножение с накоплением), каждый из которых выполняет вычисление следующей функции: AC - BD + E + (AD + BC + F)i, где А + Bi, C + Di, E + Fi – комплексные операнды, причем слагаемое E + Fi может быть результатом предыдущей операции (режим накопления) или подаваться извне, при этом A, B, C, D, E, F – числа с плавающей запятой. Прототип уст ройства занимает около половины ресурсов ПЛИС типа Virtex-5 xc5vlx330 с рабочей частотой ~200MHz. Вычисление матрицы для одной выборки из векторов занимает 10–3 сек, производительность ~6,5 млрд. операций с пла вающей запятой в секунду.

А.А. Давыдов Институт прикладной математики им. М.В. Келдыша РАН Исследование возможностей ускорения расчета задач аэро-газодинамики с помощью векторных сопроцессоров За последние несколько лет программируемые графические процессоры (GPU) достигли абсолютной производительности, превышающей производи тельность центрального процессора в несколько раз. Цена устройства, позво ляющего получить такого рода результаты (в нашем случае GeForce 8600 GTX), сравнима со стоимостью серверного процессора. Это делает их применение весьма перспективным. Существующее программное обеспечение позволяет использовать GPU и центральный процессор асинхронно, что повышает произ водительность системы в целом. Также возможна установка таких устройств на узлы кластерных установок, что позволяет масштабировать задачи по количе ству расчетных узлов. На примере решения двумерных уравнений Эйлера де монстрируется возможность существенного ускорения расчета с использовани ем GPU. Проведенные расчеты показывают, что при незначительном измене нии существующей «последовательной» программы при помощи CUDA (Compute Unified Device Architecture) возможно ускорение в 8–10 раз. Общ ность используемого подхода дает возможность простого перехода к трехмер ным расчетам. Проведена оценка эффективности реализации программ с ис пользованием различных возможностей (CUDA), таких как оптимизация рабо ты памяти и использование встроенных типов данных.

А.И. Трифанов Реализация квантового логического вентиля ССNOT на основе зеемановской структуры уровней в атомах рубидия В работе строится математическая модель универсального квантового логиче ского вентиля CCNOT на элементной базе квантового оптического компьютера.

Описывается схема построения устройства, использующая эффекты квантовой оптики. Вентиль реализуется на основе ячейки с парами рубидия в сильном магнитном поле при низкой температуре. Из полученной зеемановской струк туры выбираются пять уровней, образующих так называемую М-схему, которая позволяет достичь необходимого взаимодействия между слабыми пучками све та за счет гигантского эффекта Керра. Роль кубитов играет поляризация пучков света, падающих на ячейку (в другом варианте это однофотонное состояние света). Эффект основан на разности набегов фаз волн, участвующих во взаимо действии, что обеспечивается М-схемой уровней вещества. Описана динамика процессов распространения света в ячейке, обоснована возможность реализа ции такого логического устройства как CCNOT. Получены количественные оценки для невзаимного сдвига фаз поляризованных фотонов на выходе ячейки.

Подобраны оптимальные параметры квантовой системы и полей. Ил. 4, табл. 3.

К.В. Калгин Новосибирский государственный университет Эффективная параллельная реализация асинхронных клеточно-автоматных алгоритмов В настоящее время известно много клеточно-автоматных моделей природных явлений, которые в зависимости от назначения различаются алфавитом состоя ний, структурой дискретного пространства, правилами переходов и режимами функционирования. Имеются два основных режима функционирования КА – синхронный и асинхронный. Асинхронные КА в основном применяются для моделирования кинетических процессов в наносистемах. Для моделирования таких систем требуется обрабатывать в течение длительного времени большое количество частиц, следовательно, возникает потребность в параллельных реа лизациях асинхронных КА (АКА). На данный момент существует два подхода к распараллеливанию АКА. В первом случае используется блочно-синхронный КА для приближения им работы асинхронного – эффективность распараллели вания сравнима с эффективностью распараллеливания синхронных КА. Во вто ром случае используется дискретно-событийная модель (Discrete Event Simulation, DES) – дополнительные вычисления, необходимые для реализации параллельной дискретно-событийной модели, очень велики. В работе предлага ется эффективный алгоритм параллельной работы полностью асинхронного КА, исследуется его теоретическая и практическая эффективность на асин хронных клеточно-автоматных алгоритмах эпитаксиального роста кристалла и модели Исинга.


А.А. Гуленок Таганрогский технологический институт Южного федерального университета Синтезатор для автоматической реализации структурной составляющей прикладных задач на реконфигурируемых вычислительных системах Существующие средства разработки прикладных задач для реконфигурируе мых вычислительных систем (РВС) занимают много времени, требуют квали фицированных специалистов, как схемотехников, так и прикладных програм мистов, и предполагают от разработчиков глубоких знаний архитектуры РВС.

Процесс проектирования алгоритма решения задачи для РВС включает такие этапы, как разбиение вычислительного графа на подграфы и обеспечение син хронизации вычислительных процессов внутри каждого подграфа и между ни ми с учетом их реализации в различных кристаллах ПЛИС. Решение указанных проблем возможно при использовании языка высокого уровня COLAMO и син тезатора для автоматической реализации структурной составляющей приклад ных задач на РВС, что освобождает программистов от механических процессов при разработке параллельно-конвейерных процедур для РВС. Информацион ный граф задачи формируется из структуры, создаваемой на этапе синтеза структурной составляющей параллельной программы, транслятором языка вы сокого уровня COLAMO. Используемые элементы графа (сумматоры, умножи тели, блоки сравнения, блоки контроллеров распределенной памяти) должны находиться в библиотеках готовых схемотехнических решений синтезатора. В результате работы синтезатора формируются файлы VHDL описаний и файлы временных и топологических ограничений для каждого подграфа, реализуемого в отдельных микросхемах ПЛИС выбранной РВС, с помощью которых созда ются конфигурационные файлы ПЛИС. Таким образом, схемотехник освобож дается от части механистической работы при формировании структурной со ставляющей задачи. Его задача сводится к созданию библиотечных вычисли тельных и интерфейсных блоков. Весь процесс разработки решения приклад ной задачи на РВС сводится к написанию текста параллельной программы при кладным программистом на языке высокого уровня COLAMO. Ил. 21.

И.И. Доровских, И.Д. Красинский Самарский государственный аэрокосмический университет им. С.П. Королева Архитектура системы распределенных вычислений. Построение модульной системы распределенных вычислений на основе сервисов В связи с ростом числа задач, требующих сверхбольших вычислительных за трат (например, решение задач дифракционной оптики, обработки изображений и др.), построение распределенных вычислительных систем (РВС), основанных на согласованной работе коллектива вычислителей, является актуальной зада чей. Однако при анализе реально существующих РВС авторами были выделены некоторые недостатки, которые учитывались при построении архитектуры бу дущей системы. Ниже приведены сформулированные требования к РВС: (1) РВС должна быть модульной. Это требование позволит гибко наращивать воз можности самой РВС и расширять ассортимент программ, которые можно адаптировать под данную систему. (2) Распределенная природа РВС требует простого и распределенного инструмента обновления сервисов и программ на узлах РВС. (3) Гетерогенность узлов РВС и каналов связи, возможность совме стного использования пользователем и системой ресурсов узла ВС, стохастиче ский и заранее неизвестный поток задач требуют наличия динамического алго ритма планирования использования вычислительных ресурсов (задачами этого алгоритма являются минимизация простоев узлов и балансировка нагрузки в зависимости от текущего вычислительно ресурса). (4) Нестабильность узлов и каналов связи РВС требуют наличия системы репликации данных и миграции задач. (5) Гетерогенность каналов связи требует наличия системы распределен ной передачи данных, учитывающей топологию алгоритма (возможно, с при менением пиринговых технологий). (6) Работа этих и других элементов инфра структуры требует постоянного подсчета метрик, например, оценки вычисли тельной сложности задач и вычислительного ресурса узлов.

А.Е. Курасов Простейшая модель генератора начального состояния для квантового компьютера на связанных электронах в волноводах В последнее время приобрели большую популярность исследования в области квантовых компьютеров. Основными направлениями этих исследований явля ются различные разработки конструктивных частей для разнообразных реали заций квантовых компьютеров, таких как генераторы начальных состояний, процессы выполнения одно- и двукубитных операций, процессов считывания финального состояния. Данная работа посвящена разработке модели генератора начального состояния для квантового компьютера на связанных электронах в волноводах. Предложена принципиальная модель генератора начального со стояния для квантового компьютера на связанных электронах в волноводах.

Выведены и численно промоделированы уравнения для реализации модели с использованием одномерной ограниченной параболической потенциальной ямы. Ил. 3.

В.В. Влацкий Оренбургский научный центр Уральского отделения РАН Моделирование речного стока на высокопроизводительных кластерах Движение водных масс в русле представляет собой яркий пример параллельно го процесса, в результате которого объемы воды перемещаются одновременно в различных частях речной системы, подчиняясь одним и тем же законам со хранения массы и количества движения. Задача предусматривает полную трансформацию паводочной волны вначале на первом, затем на втором и по следующих участках. Это наиболее эффективный в смысле скорости выполне ния алгоритм, но неэкономичный в отношении использования оперативной па мяти, так как приходится сохранять выходной гидрограф на конечном створе участка для всех временных интервалов с тем, чтобы применить его в качестве выхода для следующего участка. В результате проведенной работы решена за дача моделирования трансформации паводочной волны речным руслом. Для повышения скорости вычислений применена модель параллельного програм мирования в спецификации MPI.

О.С. Борщук, А.В. Гагарин Уфимский государственный авиационный технический университет Идентификация параметров гидродинамической модели нефтяного место рождения с использованием кластерных технологий В докладе рассматривается задача построения адекватной гидродинамической модели фильтрации углеводородных флюидов, использующейся в современных методах оценки запасов углеводородов и планирования оптимального сценария их добычи. Основным критерием качества такой модели считается совпадение расчетных и наблюдаемых значений основных контролируемых параметров объекта за контрольный период времени. Всей совокупности исходных геофи зических данных заведомо недостаточно для однозначного построения модели, т.е. возникает плохо обусловленная обратная задача для определения неизвест ных гидродинамических свойств резервуара на основе известной истории раз работки (адаптация модели). Эту задачу можно рассматривать как задачу опти мизации, если ввести некоторую оценку качества модели, которая выступает в роли целевой функции. Приводятся результаты идентификации некоторого подмножества параметров реальной гидродинамической модели на вычисли тельном кластере УГАТУ. Адаптация осуществляется с помощью программно го комплекса собственной разработки, куда входят многопоточный гидродина мический симулятор BOS, система управления кластерными расчетами cluster_server и система генерации моделей, основанная на уникальном гибрид ном генетическом алгоритме с использованием нейронной сети (для аппрокси мации целевой функции) и вертикальных субпопуляций (для ускорения опти мизации параметров многорегиональных моделей). Модель параллельных вы числений – это абстрактная модель параллельной вычислительной машины и/или модель оценки производительности параллельного алгоритма, реализо ванного для этой абстрактной машины. Существует очень много моделей па раллельных вычислений, но подавляющее их большинство сейчас не находят применения. Это связано с тем, что ранние модели параллельных вычислений пытались как можно более точно описать поведение конкретной параллельной машины. Одни из самых известных сейчас моделей – это PRAM (1978), BSP (1989), Postal Model (1992), LogP (1993) и tau-Model (1997). Они популярны благодаря тому, что применимы для многих реальных параллельных машин за счет своей относительной универсальности. В работе проведено сравнение этих моделей и применена BSP-модель к задачи параллельного умножения матриц алгоритмом Кэннона. Ил. 7, табл. 2.

С.Д. Белов, И.М. Ткачев Объединенный институт ядерных исследований Система мониторинга и учета ресурсов российского сегмента Грид Одним из направлений повышения эффективности системы управления про мышленного предприятия является автоматизация управленческого труда, ко гда ряд управленческих функций, которые выполняет человек, полностью или частично переводятся в автоматический режим. При этом анализ систем управ ления показывает, что тенденции совершенствования систем направлены на ав томатизацию таких управленческих функций, как планирование, контроль, со гласование, причем преобладающей является функция планирования, при ав томатизации которой расширяется спектр решаемых задач и увеличивается ко личество охвата планируемых ресурсов. Функции управления формализуемы и автоматизируемы при наличии адекватных и актуальных данных о ресурсах и возможностях предприятия. Существующие технологии хранения и работы с данными не всегда дают достаточно возможностей для обеспечения адекватно сти и актуальности этих данных. Предложено использование временной модели данных для работы с данными, отражающими состояние ресурсов промышлен ного предприятия. Представлен пример реализации фрагмента временной мо дели данных об элементе изготавливаемого изделия.

К.С. Солнушкин Санкт-Петербургский государственный политехнический университет Проблемы анализа и моделирования производительности ЭВМ Сфера использования высокопроизводительных вычислений сегодня постоянно расширяется. Однако анализ производительности суперкомпьютеров до сих пор остается сложной задачей, далекой от окончательного решения. Отсутствует даже общепринятое понимание самого термина производительность. Указан ные трудности никак не мешают тому, что существует и постоянно пополняет ся набор тестов производительности. Вполне естественно, что в существующей ситуации результаты различных тестов сложно обобщить и увязать друг с дру гом. В статье ставится задача исследовать различные подходы к анализу произ водительности ЭВМ и рассмотреть встречающиеся при этом проблемы. Резуль таты подобного анализа используются для составления математических моде лей производительности – закономерностей, описывающих производитель ность как функцию ряда факторов – характеристик ЭВМ, решаемой задачи и др. Полученные модели позволяют прогнозировать скоростные характеристики новых ЭВМ. Это необходимо для решения задачи синтеза ЭВМ – проектирования ЭВМ с заданной производительностью при минимальной стоимости, что дает возможность экономить средства, отпущенные на создание ЭВМ. Исходя из вышеизложенного, анализ и моделирование производительно сти ЭВМ является важной народнохозяйственной задачей. В работе подробно рассмотрено значение терминов «производительность» и «быстродействие», проведен анализ факторов, влияющих на производительность кластерных ЭВМ при проведении научных расчетов, исследованы трудности, возникающие при построении математических моделей производительности. Ил. 3, табл. 2.

НАУЧНАЯ ШКОЛА «НАНОМАТЕРИАЛЫ, НАНОСТРУКТУРЫ, НАНОТЕХНОЛОГИИ»

Н.Н. Арефьева Реализация наноимпринт – литографии для тиражирования наноэлементов Исследован процесс получения полимерных нано- и микроэлементов фотоники методом контактного копирования с использованиеи гибкого штампа и фото полимера. С помощью данного метода получены копии решетки микролинз, линзы Френеля и эшелеты 1800 лин/мм. Метод основан на процессе двукратно го копирования оригинала с получением промежуточной «зеркальной» копии на гибком штампе и второй копии на УФ-акрилате. Экспериментальная реали зация метода показала его пригодность для формирования микро- и наноэле ментов фотоники с высокой точностью при возможности их массового тиражи рования. Проверка соответствия передачи формы мастер-штампа при копиро вании проводилась как при получении фотографии рельефа поверхности с ис пользованием атомно-силового микроскопа, так и по наблюдению дифракци онной картины мастер-штампа и копии. Показано, что для большинства задач по созданию наноструктур наноимпринт является технологией, обеспечиваю щей высокое качество и гибкую адаптацию к процессу при малых вложениях.

С.Ю. Керпелева, М.В. Клоков, Г.С. Французов Визуализация микро- и наноструктуры клеток в нативном состоянии с измерением жесткости и электрической проводимости клеточных мембран Одним из приоритетных направлений развития науки и техники признаны ра боты в области «живых систем» и в, частности, в области «клеточных техноло гий». Очевидно, что для успешного проведения работ в этом направлении не обходимо создание современных методов и приборов, обеспечивающих мани пуляцию, модификацию и диагностику на уровне отдельных клеток и клеточ ных структур с высоким пространственным разрешением. Можно утверждать, что в настоящее время возникло и активно развивается новое направление – на нобиотехнология. Метод сканирующей зондовой микроскопии (СЗМ), удосто енный в 1986 г. Нобелевской премии по физике, стал в настоящее время одним из базовых методов нанотехнологии и нанобиотехнологии, позволяя: а) иссле довать молекулы ДНК, белки, вирусы, бактерии, биологические клетки, струк туру клеточных мембран, б) измерять жесткость клеточных мембран, силу эле ментарного взаимодействия между антигеном и антителом в иммунных реакци ях и т.д. Исключительно важным является тот факт, что СЗМ, в отличие от электронной микроскопии, обеспечивает высокое пространственное разреше ние даже в том случае, когда биологические объекты находятся в жидкости, в том числе в функционально активном состоянии. Применение микропипеток, присасывающихся к клеточным мембранам (метод «patch clamp») позволило локализовать ионные каналы в клеточных мембранах и измерить их электриче скую проводимость. Результаты, полученные с использованием этого метода, дали важную информацию о функционировании клеток, а сам метод был отме чен Нобелевской премией по биологии в 1991 г. В работе проведены исследо вания, направленные на объединение методов «patch clamp» и СЗМ для иссле дования биологических клеток в одном приборе. Это позволит визуализировать отдельные клетки и исследовать поверхность клеточной мембраны с высоким пространственным разрешением, измерять ее механические и электрические характеристики. В основе решения задачи лежит проблема создания универ сального датчика, обеспечивающего измерения как в «patch clamp»-, так и в СЗМ-режиме, т.е. проблема совмещения нанопипетки («patch clamp») с датчи ком силового взаимодействия (СЗМ). Обычно силовое взаимодействие в СЗМ измеряют с помощью кремниевого кантилевера и оптической схемы, регистри рующей его отклонения под действием силы. Малые размеры кантилевера (100203 мкм) делают практически невозможным его соединение с микропи петкой. Поэтому в работе исследуется датчик с пьезорезонансным принципом измерения силы, позволяющий использовать микропипетку в качестве зонда.

Работа выполнена при поддержке гранта в рамках Федеральной целевой про граммы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007–2012 гг.», научно исследовательские работы по лоту «Работы по проведению проблемно ориентированных поисковых исследований и созданию научно-технического задела в области живых систем по критической технологии «Клеточные техно логии» (мероприятие 1.2 Программы)»

С.А. Семьина Исследование структуры и свойств оптических УФ-отверждаемых акрилатных полимеров, наполненных наночастицами ZnO В последнее время полимеры применяются практически во всех областях науки и техники, так как они обладают ценными физико-механическими свойствами, сравнительно дешевы и технологичны в изготовлении, способны совмещаться с разными веществами, полезными для создания оптических материалов. Эксплуа тационные свойства полимеров можно изменять в зависимости от области приме нения. Свойства полимеров определяются природой макромолекул и их взаимным расположением в пространстве, т.е. структурой. Оптические полимеры должны обладать низким светорассеянием, оптической однородностью и высокой прочно стью изделий. Наличие влагопоглощения ухудшает и приводит к нестабильности вышеизложенных характеристик. Основная задача работы состоит в исследовании модификации структуры УФ-отверждаемых акрилатных композитов путем введе ния низкомолекулярной добавки ZnO и влияния последнего на оптические, проч ностные свойства и влагопоглощение. Ил. 8, табл. 2.

П.С. Парфенов Реализация одноканального счета фотонов для рамановского наноспектрометра Ближнепольная рамановская спектроскопия является передовым методом кон троля параметров наноструктур с пространственным разрешением нанометро вого масштаба. Наиболее распространенный способ регистрации рамановских спектров, применяемый в спектроскопии – с помощью ПЗС-линейки. Однако для ряда задач регистрация с помощью ПЗС-линейки иногда оказывается не подходящей, в частности, при регистрации сверхмалых сигналов и одноканаль ных изменениях. Это связано с природой шума, размерами приемного элемента и особенностями системы считывания. Нами рассматривается вопросы реали зации методики регистрации излучения на основе одноканального счета фото нов, предназначенной для использования в рамановском наноспектрометре ближнего поля. Исследуются особенности приема и усиления сигнала фотоум ножителя в режиме счета фотонов, а также алгоритмы программного управле ния процессом получения спектра. Для рамановского наноспектрометра нами разработана система регистрации на основе охлаждаемого фотоумножителя, позволяющая регистрировать сигнал, начиная с уровня отдельных фотонов, и проводить исследования на выбранной длине волны. Для такой системы также предложен и оптимизирован алгоритм управления записью спектра и создано специализированное программное обеспечение, обеспечивающее регистрацию спектров в одноканальном режиме. Ил. 5.

А.В. Клементьева, К.С. Москалева Лазерные свинцово-фторидные нано-стеклокерамики В работе исследованы образцы свинцово-фторидной наностеклокерамики, ак тивированной ErF3 в различных концентрациях. В таких системах кристалличе ская фаза представляет собой фторид свинца. В качестве центров нуклеации для кубической кристаллической фазы выступают соединения ErF3. Образова ние нанокристаллов фторида свинца и переход ионов эрбия в кристаллическую фазу достигается с помощью вторичной термообработки материала. Вторичная термообработка наряду с вхождением ионов-активаторов в кристаллическую фазу должна обеспечивать сохранение прозрачности материала. Выполнение этих требования отслеживается по изменению спектрально-люминесцентных свойств стеклокерамики. Таким образом, целью работы являлось проведение исследований спектрально-люминесцентных свойств свинцово-фторидной стеклокерамики, активированной ионами эрбия, в процессе ее термообрабоки.

В работе производилась вторичная термообработка образцов стеклокерамики.

Были измерены спектры поглощения и люминесценции исходных и термообра ботанных образцов. По полученным спектрам наблюдалась зависимость спек трально-люминесцентных свойств от длительности термообработки и от кон центрации ионов эрбия в одинаковом режиме обработки. Ил. 7.



Pages:     | 1 |   ...   | 6 | 7 || 9 | 10 |   ...   | 11 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.