Основные результаты

Суперкомпьютерные вычисления в задачах принятия решений на основе глобальной оптимизации

Ос­нов­ные на­уч­ные ре­зуль­та­ты по дан­но­му на­прав­ле­нию:

• Пред­ло­жен ин­фор­ма­ци­он­но-ста­ти­сти­че­ский под­ход к ис­сле­до­ва­нию за­дач по­ис­ка гло­баль­но-оп­ти­маль­ных ре­ше­ний и обос­но­ва­на ме­то­ди­ка ре­ше­ния экс­тре­маль­ных за­дач ши­ро­ко­го клас­са.
• По­стро­е­ны, тео­ре­ти­че­ски обос­но­ва­ны и про­грамм­но ре­а­ли­зо­ва­ны но­вые чис­лен­ные ме­то­ды ап­прок­си­ма­ции мно­жеств с по­мо­щью сдви­го­вых и вра­ща­е­мых кри­вых Пе­а­но (мно­же­ствен­ная раз­верт­ка). Ал­го­рит­мы обес­пе­чи­ва­ют прак­ти­че­ское при­ме­не­ние пред­ло­жен­ной кол­лек­ти­вом ори­ги­наль­ной схе­мы ре­дук­ции раз­мер­но­сти вы­чис­ли­тель­ных за­дач.
• Раз­ра­бо­та­ны ори­ги­наль­ные ме­то­ды раз­дель­но­го уче­та огра­ни­че­ний в мно­го­экс­тре­маль­ных за­да­чах.
• Пред­ло­же­на тео­рия по­стро­е­ния e-ре­зер­ви­ро­ван­ных ре­ше­ний мно­го­экс­тре­маль­ных за­дач с огра­ни­че­ни­я­ми.
• Раз­ра­бо­та­на схе­ма па­рал­лель­ных вы­чис­ле­ний, поз­во­ля­ю­щая в пол­ной мере ис­поль­зо­вать по­тен­ци­ал су­пер­ком­пью­тер­ных си­стем но­во­го – эк­зафлопсно­го – уров­ня про­из­во­ди­тель­но­сти (вплоть до од­но­вре­мен­но­го ис­поль­зо­ва­ния несколь­ких мил­ли­о­нов вы­чис­ли­тель­ных эле­мен­тов).

С ис­поль­зо­ва­ни­ем раз­ра­бо­тан­ных в рам­ках дан­но­го на­прав­ле­ния ме­то­дов и про­грамм­ных си­стем вы­пол­не­но ре­ше­ние ши­ро­ко­го спек­тра на­уч­но-тех­ни­че­ских за­дач из раз­ных об­ла­стей при­ло­же­ний (про­ек­ти­ро­ва­ние си­стем циф­ро­вой пе­ре­да­чи, си­ло­вых кон­струк­ций, ле­та­тель­ных ап­па­ра­тов, элек­трон­ной ап­па­ра­ту­ры, иден­ти­фи­ка­ции мо­де­лей в фи­зи­ке, тех­но­ло­гии, ме­ди­цине, эко­но­ми­ке и др.).

Системные основы параллельных вычислений

Ос­нов­ные на­уч­ные ре­зуль­та­ты по дан­но­му на­прав­ле­нию:

• Раз­ра­бо­та­на и внед­ре­на в ННГУ си­сте­ма управ­ле­ния вы­со­ко­про­из­во­ди­тель­ны­ми вы­чис­ли­тель­ны­ми кла­сте­ра­ми Ме­та­кла­стер, обес­пе­чи­ва­ю­щая фор­ми­ро­ва­ние еди­ных сред вы­со­ко­про­из­во­ди­тель­ных вы­чис­ле­ний на базе всех име­ю­щих­ся вы­чис­ли­тель­ных ре­сур­сов пред­при­я­тия или ор­га­ни­за­ции;
• раз­ра­бо­та­ны ме­то­ды и ал­го­рит­мы обес­пе­че­ния эф­фек­тив­ной уни­фи­ци­ро­ван­ной ра­бо­ты с вы­чис­ли­тель­ны­ми ре­сур­са­ми с ис­поль­зо­ва­ни­ем раз­лич­ных средств до­сту­па, управ­ле­ния и мо­ни­то­рин­га (про­грамм­ный ком­плекс Fyra ин­те­гри­ро­ван в мно­го­про­филь­ную ин­стру­мен­таль­но-тех­но­ло­ги­че­скую плат­фор­му со­зда­ния и управ­ле­ния рас­пре­де­лен­ной сре­дой об­лач­ных вы­чис­ле­ний CLAVIRE в ка­че­стве под­си­сте­мы до­сту­па к вы­чис­ли­тель­ным ре­сур­сам, ра­бо­та вы­пол­не­на в рам­ках со­труд­ни­че­ства с СПб­ГУ ИТМО);
• раз­ра­бо­та­на оп­ти­ми­зи­ро­ван­ная ре­а­ли­за­ция биб­лио­те­ки пе­ре­да­чи со­об­ще­ний MPI для мно­го­уров­не­вых неод­но­род­ных кла­стер­ных си­стем;
• раз­ра­бо­та­на си­сте­ма ими­та­ции па­рал­лель­ных вы­чис­ле­ний для ана­ли­за эф­фек­тив­но­сти па­рал­лель­ных ме­то­дов;
• раз­ра­бо­тан про­грамм­ный ком­плекс Visual Perfirmance System для оцен­ки эф­фек­тив­но­сти про­грамм­но­го обес­пе­че­ния на ос­но­ва­нии мет­рик вре­ме­ни вы­пол­не­ния; раз­ра­бо­та­на биб­лио­те­ка па­рал­лель­ных ме­то­дов для се­тей ве­ро­ят­ност­но­го вы­во­да.

Высокопроизводительные вычисления и приложения

Ос­нов­ные на­уч­ные ре­зуль­та­ты по дан­но­му на­прав­ле­нию:

• раз­ра­бо­тан но­вый про­грамм­ный ком­плекс PICADOR для чис­лен­но­го мо­де­ли­ро­ва­ния плаз­мы ме­то­дом ча­стиц в ячей­ках на ге­те­ро­ген­ных кла­стер­ных си­сте­мах с сот­ня­ми ты­сяч ядер с ис­поль­зо­ва­ни­ем уско­ри­те­лей GPU и Xeon Phi, со­по­ста­ви­мый по про­из­во­ди­тель­но­сти с ве­ду­щи­ми ана­ло­га­ми (ра­бо­та вы­пол­не­на в рам­ках со­труд­ни­че­ства с ИПФ РАН);
• раз­ра­бо­тан но­вый ре­ша­тель боль­ших раз­ре­жен­ных си­стем ли­ней­ных урав­не­ний с раз­ре­жен­ной сим­мет­рич­ной по­ло­жи­тель­но опре­де­лен­ной мат­ри­цей;
• раз­ра­бо­та­ны мо­ди­фи­ка­ции ал­го­рит­мов для ре­ше­ния за­да­чи пе­ре­упо­ря­до­че­ния раз­ре­жен­ных мат­риц и их вы­со­ко­про­из­во­ди­тель­ные про­грамм­ные ре­а­ли­за­ции, со­по­ста­ви­мые с ана­ло­га­ми по качеству/времени ре­ше­ния за­да­чи;
• раз­ра­бо­та­ны ин­стру­мен­таль­ные про­грамм­ные сред­ства для ана­ли­за энер­го­эф­фек­тив­но­сти при­ло­же­ний для мо­биль­ных си­стем;
• раз­ра­бо­та­ны но­вые ал­го­рит­мы и про­грамм­ные сред­ства для ре­ше­ния за­дач, воз­ни­ка­ю­щих на раз­ных эта­пах про­цес­са фи­зи­че­ско­го про­ек­ти­ро­ва­ния сверх­боль­ших ин­те­граль­ных схем (в со­труд­ни­че­стве с ком­па­ни­ей Intel);
• раз­ра­бо­та­ны вы­со­ко­про­из­во­ди­тель­ные про­грамм­ные ре­а­ли­за­ции ал­го­рит­мов для ре­ше­ния за­дач фи­нан­со­вой ма­те­ма­ти­ки (в со­труд­ни­че­стве с ком­па­ни­ей Intel);
• раз­ра­бо­та­ны ме­то­ды, ал­го­рит­мы и вы­со­ко­про­из­во­ди­тель­ные про­грамм­ные сред­ства для вы­пол­не­ния чис­лен­но­го мо­де­ли­ро­ва­ния элек­тро­ди­на­ми­че­ских ха­рак­те­ри­стик на­но­струк­ту­ри­ро­ван­ных ма­те­ри­а­лов (при со­труд­ни­че­стве с ИПФ РАН, ра­дио­фи­зи­че­ским и фи­зи­че­ским фа­куль­те­та­ми ННГУ).

Высокопроизводительная компьютерная графика, научная визуализация, компьютерное зрение

Ос­нов­ные на­уч­ные ре­зуль­та­ты по дан­но­му на­прав­ле­нию:

• Раз­ра­бо­та­ны тео­ре­ти­че­ские ос­но­вы пол­но­го пе­ре­но­са вы­чис­ле­ний ин­тер­ак­тив­но­го син­те­за изоб­ра­же­ний 3D-сцен ме­то­да­ми гло­баль­но­го осве­ще­ния на гра­фи­че­ские про­цес­со­ры;
• раз­ра­бо­та­ны вы­со­ко­уров­не­вая биб­лио­те­ка для ин­тер­ак­тив­но­го син­те­за изоб­ра­же­ний 3D сцен ме­то­да­ми гло­баль­но­го осве­ще­ния на гра­фи­че­ских про­цес­со­рах и про­грамм­ный ком­плекс, обес­пе­чи­ва­ю­щий про­из­во­ди­тель­ность на уровне и выше биб­лио­те­ки трас­си­ров­ки лу­чей NVIDIA OptiX;
• вы­пол­не­на мо­ди­фи­ка­ция ме­то­дов 3D-ви­зу­а­ли­за­ции ак­ту­аль­ных ме­ди­ко-био­ло­ги­че­ских про­стран­ствен­ных дан­ных;
• раз­ра­бо­тан ме­тод ко­ли­че­ствен­ной оцен­ки ка­че­ства изоб­ра­же­ния в объ­ем­ной ви­зу­а­ли­за­ции;
• пред­ло­жен и ис­сле­до­ван но­вый ме­тод устра­не­ния ар­те­фак­тов объ­ем­ной ви­зу­а­ли­за­ции, от­ли­ча­ю­щий­ся ис­поль­зо­ва­ни­ем таб­лиц предын­те­гри­ро­ван­но­го рен­де­рин­га в ме­то­де вир­ту­аль­ной вы­бор­ки из дан­ных при ин­те­гри­ро­ва­нии вдоль луча;
• пред­ло­жен, ре­а­ли­зо­ван и ис­сле­до­ван но­вый ме­тод мор­фо­ло­ги­че­ско­го ана­ли­за гео­мет­ри­че­ски слож­ных кле­ток моз­га – аст­ро­ци­тов, ло­каль­но оце­ни­ва­ю­щий эф­фек­тив­ность вза­и­мо­дей­ствия со сре­дой в каж­дой точ­ке по­верх­но­сти ве­ли­чи­ной от­но­ше­ния пло­ща­ди к объ­е­му (Surface-to-Volume Ratio) внут­ри про­стран­ства, огра­ни­чен­но­го сфе­рой за­дан­но­го ра­ди­у­са с цен­тром в оце­ни­ва­е­мой точ­ке;
• со­здан про­грамм­ный ком­плекс, ре­а­ли­зу­ю­щий раз­ра­бо­тан­ные мо­де­ли и ал­го­рит­мы, го­то­вый к прак­ти­че­ско­му ис­поль­зо­ва­нию в под­си­сте­мах 3D- и сте­рео- ви­зу­а­ли­за­ции дан­ных в ме­ди­цине, био­ло­гии, фи­зи­ке, ин­же­нер­ном ана­ли­зе (внед­рен в про­из­вод­ство);
• раз­ра­бо­та­ны мо­де­ли, ал­го­рит­мы и про­грамм­ный ком­плекс мно­го­мас­штаб­но­го пред­став­ле­ния дан­ных неогра­ни­чен­но­го раз­ме­ра для вы­со­ко­про­из­во­ди­тель­ной ви­зу­а­ли­за­ции гео­по­верх­но­стей на гра­фи­че­ских про­цес­со­рах;
• раз­ра­бо­та­ны ал­го­рит­мы и вы­со­ко­про­из­во­ди­тель­ные про­грамм­ные сред­ства для ре­ше­ния ряда ак­ту­аль­ных за­дач ма­шин­но­го обу­че­ния и ком­пью­тер­но­го зре­ния, ори­ен­ти­ро­ван­ные на ис­поль­зо­ва­ние со­вре­мен­ных кла­стер­ных си­стем (сов­мест­но с ка­фед­рой АГДМ ИТММ).