Кафедра Математического обеспечения ЭВМО кафедреПреподаватели и сотрудникиГергель Виктор Павлович
Новости
О кафедре
Преподаватели и сотрудники
Структура
Немного истории
Контакты
Фотохроника
Обучение
Исследования
Семинары и конференции
Сотрудничество
О сайте
Имя:
Пароль:
запомнить:
Забыли пароль? Регистрация

Гергель Виктор Павлович

Проект «Высокопроизводительные вычисления и приложения»

Цель проекта состоит в выполнении работ по внедрению суперкомпьютерных технологий в практику научно-исследовательских работ и инженерных расчетов  и повышениея уровня квалификации научных и научно-педагогических кадров за счет выполнения краткосрочных научных исследований молодыми учеными и преподавателями в научно-образовательном центре «Приволжский научно-образовательный центр суперкомпьютерных технологий» Нижегородского государственного университета им. Н.И. Лобачевского.

Выполнение данного проекта позволит распространить имеющийся опыт Приволжского научно-образовательного центра суперкомпьютерных технологий Нижегородского государственного университета им. Н.И. Лобачевского в другие организации и использовать возможности НОЦ для совместного решения прикладных задач, решаемых в организациях, командирующих специалистов. Конкретные НИР, входящих в проект, состоят в следующем:

  1. Краткосрочная НИР 1 «Разработка алгоритма обучения нечёткой нейронной сети Такаги-Сугено-Канга с использованием параллельных вычислений».

    В ходе выполнения НИР будет произведён анализ существующих подходов к обучению НС, а так же их параллельные аналоги. Будет произведён анализ эффективности существующих алгоритмов применительно к задаче обучения нечёткой НС и выбор наиболее оптимального алгоритма. В качестве решения задачи будут реализованы два варианта  алгоритма обучения: распределённый и на основе GPGPU. На основе тестирования этих реализаций на различных конфигурациях будет произведена оценка их эффективности. Задачей работы является разработка высокопроизводительного алгоритма обучения нечёткой НС на основе параллельных вычислений.

  2. Краткосрочная НИР 2 «Исследование диффузии гелия в составе смеси с сильно-адсорбирующимся компонентом (гексан, бензол) сквозь поры цеолитной мембраны с использованием систем высокопроизводительных вычислений».

      Ряд задач требуют  организации взаимодействия программных средств , как друг с другом, так и с базами данных и другими хранилищами информации. Это задачи многомасштабного моделирования процессов и структур, верификации вычислительных программных средств и алгоритмов, постановка численных экспериментов, визуализации результатов расчетов и т.д.

      Рассматривая задачу селективности цеолитных мембран, требуется одновременно работать на трех масштабных уровнях. Это континуальный масштаб,  где, используя перколяционные модели,  описывается протекание газовых потоков сквозь кристаллическую структуру мембраны. Параметры модели берутся на другом масштабном уровне из классических расчетов  молекулярной динамики и моделирования адсорбции с помощью метода Монте-Карло. Потенциалы поля сил взаимодействия атомов и молекул, применяемые в этих  микро-масштабных моделях, подбираются и верифицируются с использованием квантово-химических расчетов из первых принципов(ab-initio) на третьем уровне, например, пользуясь теорией функционала плотности. Каждый из выше приведенных методов реализован в одном, или чаще всего, нескольких программных пакетах,  имеющих близкую сферу применения, но часто различные алгоритмы, подходы к решению задач и реализации. При проведении комплексного исследования, такого как  в выше приведенном примере,  необходимо организовать  последовательную работу различных программных пакетов, так, чтобы результат работы одного, подавался в качестве входных данных второго. Следует заметить отсутствие стандартов на  форматы входных и выходных файлов, и как следствие, необходимость постоянной ручной работы для организации поставки данных от вывода одного пакета на ввод другого. В отдельных случаях это решается созданием дополнительного программного обеспечения (ПО) для конвертации форматов, или простого преобразования одних структур данных в другие, но, тем не менее, универсальных средств, применимых к произвольной задаче, на сегодняшний день не существует. Автоматизация построения рабочих потоков (workflow), когда с помощью промежуточного ПО организуется последовательное выполнение необходимых программных пакетов и передача данных от одного к другому, позволила бы значительно сократить время требуемое для проведения вычислительного эксперимента (симуляции), за счет избавления экспериментатора от рутинной работы преобразования данных. Это также позволит избежать  появления ошибок вносимых человеком, при неправильном переносе параметров.

    1. Краткосрочная НИР 3 «Математическое моделирование процессов осаждения и распространения продуктов лазерной абляции с использованием параллельных вычислений».

      В рамках работ по получению нано-структурированных материалов на кафедре ФиПМ ВлГУ был проведен ряд экспериментов по получению тонких пленок, используя методику лазерной абляции.

      Для проводимых исследований на кафедре ФиПМ математические модели процесса лазерной абляции отсутствуют, поэтому необходимо разработать

      - математические моделей движения и формирования углеродных субмикронных и наноструктур на поверхности холодной подложки заданной геометрии (абляция в вохдухе) при воздействии лазерного излучения (непрерывного и импульсно-периодического излучения длительностью импульсов 20-200нс, 100-500фс)  на поверхность углеродсодержащих материалов в воздухе.

      - математические моделей лазерностимулированного осаждения наночастиц (при воздействии в водном растворе на углеродные частицы непрерывного и импульсно-периодического излучения длительностью импульсов 20-200нс)  в коллоидных системах (абляция в растворе) (нанотрубки и фуллерены).

      - математические моделей лазерного спекания многокомпонентных материалов (на основе металлов, оксидов металлов, нитридов металлов, углеродных нанотрубок) [1]

      [1] Герке М.Н., Кутровская С.В., А.О. Кучерик, В.Г. Прокошев, С.М. Аракелян. Формирование углеродных субмикронных и наноструктур на поверхности холодной подложки при воздействии лазерного излучения на поверхность углеродосодержащих материалов в атмосферном воздухе.

    2. Краткосрочная НИР 4 «Использование параллельных вычислений для автоматизированных систем сбора, анализа и обработки информации».

      В ходе выполнения работ будет разработана методика использования параллельных вычислений для программных комплексов автоматизированных систем сбора, анализа и обработки информации и разработан экспериментальный образец программного комплекса с использованием параллельных вычислений.

    3. Краткосрочная НИР 5 «Разработка параллельных алгоритмов высокого порядка точности для задач аэродинамики».

      Эффективный алгоритм высокого порядка точности для прямого численного моделирования задач аэродинамики позволит использовать высокопроизводительную вычислительную технику для численного моделирования турбулентных течений. Для этого необходимо построить разностные схемы высокого порядка точности, провести тестовые расчеты на модельных задачах и реализовать данный алгоритм с использованием технологий параллельного программирования.

    4. Краткосрочная НИР 6 «Разработка системы мониторинга ресурсов и пакетов облачной платформы».

      Работу над системой можно разделить на этапы:

      - формирование требований к системе;

      - проектирование и реализация системы; на этапе архитектурного проектирования будет проведено структурирование системы в виде совокупности относительно независимых систем, будет разработана модель управления взаимоотношениями между частями системы, а так же проведена модульная декомпозиция, определяющая типы модулей и их взаимодействие;

      - верификация системы.

    5. Краткосрочная НИР 7 «Цифровая обработка изображений поверхностных дефектов стана холодного проката с управляемым разрешением на основе высокопроизводительных систем».

      Целью работы является обеспечение потенциальной производительности стана холодного тонколистового проката на основе информационно-телекоммуникационной системы управления АСУТП, адаптивной к устранимым поверхностным дефектам тонколистового проката.

      Для выявления поверхностных дефектов предложена методика их идентификации на основе цифровой обработки видеоизображений с использованием кратноразрешающего анализа.

      Экспериментально установлено, что требуемое качество идентификации дефектов существующей информационно-телекоммуникационной системы управления прокатными станами «Кварто-220» обеспечивается только при скорости проката 3 м/с., а для достижения потенциальной производительности стана необходима прокатка на скоростях 11-18 м/с.

      Поэтому для решения задач идентификации и распознавания поверхностных дефектов по видеоизображениям в реальном времени необходимо проведение исследований на основе высокопроизводительных систем.

    6. Краткосрочная НИР 8 «Применение высокопроизводительных вычислений в задачах гидродинамики, связанных с моделированием токов и токовых режимов».

      В работе предполагается реализовать методику расчета и проектирования установок по очистке сточных вод гальваники реагентным методом, методику идентификации конкретных технологических процессов, в том числе наномодифицированных добавок. Разработать математическую модель процесса очистки и на её основе АСУ технологическим процессом очистки сточных вод гальванического производства реагентным методом.

      Дополнительными результатами станут снижение затрат на добавки к электролитам, обеспечение замкнутого водооборота гальванических линий, разработка регламента работы очистных установок.

    7. Краткосрочная НИР 9 «Моделирование получения полупроводниковых ансамблей наночастиц при лазерном воздействии».

      В экспериментальной части проекта будут проведены комплексные исследования по лазерной модификации поверхности полупроводниковых гетеростуктур. Основной целью воздействия будет модификация непосредственно области лазерного воздействия с целью получения групп наноструктур с управляемым размером и распределением, что приведет к периодическому изменению поверхности и ее свойств. Также будут проведены эксперименты по модификации области значительно превосходящей по размерам область лазерного воздействия, что должно приводит к созданию на поверхности градиентных областей, в которых свойства поверхности будут изменяться в заданном направлении.  Для этого будут использованы оригинальные методы диагностики процессов взаимодействия лазерного излучения с поверхностью мишени. Такая диагностика позволит управлять режимом модификации поверхности, что даст возможность обеспечить развитие механизмов изменения структуры поверхности. Для модификации будут использованы различные лазеры, позволяющие охватить режимы генерации от непрерывного излучения до фемтосекундного. Исследование структуры поверхности после лазерного облучение будет проводиться, с использованием атомно-силовых и растровых электронных микроскопов, с использованием методов рентгеноструктурного анализа и спектроскопии комбинационного рассеяния. Будут разработаны математическая и имитационная модели с учётом специфики эксперимента, результаты которого будут использованы для качественной оценки адекватности модели.

    8. Краткосрочная НИР 10 «Применение высокопроизводительных вычислений для математического моделирования термодинамического взаимодействия частиц, образующих периодическую цепочку».

      В поставленной задаче требуется определить, как наличие частиц влияет на распределение температуры, найти температурное поле внутри каждой частицы, а также сравнить поведение конечной и бесконечной цепочек.

      Распределение температуры вне и внутри частиц описывается уравнением Лапласа. На поверхности сфер ставятся условия непрерывности температуры и теплового потока. Вдали от цепочки возмущение температуры, вызванное ею, затухает. В центре частиц температура конечна.

      Область, на границе которой задаются краевые условия задачи, неодносвязна (количество компонент связности зависит от числа частиц в цепочке), что затрудняет решение задачи (как аналитическое, так и численное). С другой стороны, при исследовании поведения решения в зависимости от длины цепочки задача должна решаться для произвольного (задаваемого пользователем) числа частиц в ней. Это делает необходимым использование высокопроизводительных вычислений на ЭВМ.

    9. Краткосрочная НИР 11 «Исследование возможностей ручной и автоматизированной оптимизации типовых  алгоритмических структур для графических ускорителей».

      Использование графических ускорителей для решения вычислительно трудоемких задач является одной из важных тенденций при современном развитии высокопроизводительных вычислений. Необходимость генерации эффективного машинного кода для GPGPU является одним из необходимых условий достижения высокой производительности.

      В рамках работы предполагается выполнить исследования в области реализации типовых структур алгоритмических языков программирования на GPGPU, в частности предполагается использование различных подходов автоматизированной оптимизации и сравнение эффективности различных подходов и результатов ручной оптимизации, с последующим анализом результатов.


    << вернуться  |   Документ от: 22.08.2012 17:19

    Новости

    28.04.2014
    21.04.2014
    21.03.2014
    12.01.2014
    04.10.2013