ЦКП ССКЦ ИВМиМГ СО РАН
Проводится регулярный семинар «Высокопроизводительные вычисления» на базе ССКЦ, кафедры Вычислительных систем НГУ и Центра Компетенции по высокопроизводительным вычислениям СО РАН - Intel.
Заседания семинара проходят в конференц-зале ИВМиМГ СО РАН по четвергам в 11-00.
Архивы других лет: 2014 2015 2016 2017 2018 2019 Последние (2021)
Архив семинара "Высокопроизводительные вычисления" (2020 года):
Обзор рефератов студентов НГУ по докладам семинаров ЦКП ССКЦ
Студенты НГУ
Аннотация
к.т.н. Мееров Иосиф Борисович (ННГУ), в 14-00 час.
Аннотация
Ссылка на запись семинара - https://yadi.sk/d/5nb65eAiABq_kA Численное моделирование взаимодействия мощных лазерных импульсов с различными мишенями методом частиц в ячейках – одна из востребованных областей вычислительной физики. Решение актуальных задач в этой области требует значительных вычислительных ресурсов, что мотивирует развитие методов и приемов, направленных на эффективное использование потенциала современных суперкомпьютеров. Для достижения приемлемой производительности соответствующих программных средств необходимо эффективно распараллелить код на разных уровнях вычислительной системы: на распределенной памяти, на общей памяти, с использованием инструкций SIMD. Несмотря на потенциал параллелизма, изначально заложенный в метод частиц в ячейках, в некоторых приложениях возникает потребность в применении специальных схем балансировки вычислительной нагрузки, вызванной существенно неоднородным и динамически изменяющимся распределением макрочастиц в вычислительной области. В докладе будет рассказано об опыте разработки параллельного программного комплекса PICADOR, предназначенного для суперкомпьютерного моделирования лазерной плазмы, основных проблемах производительности и распараллеливания, а также возможных методах их решения. Основное внимание будет уделено вопросам балансировки вычислительной нагрузки в системах с общей памятью.
Сапетина А.Ф. (ИВМиМГ СО РАН)
Аннотация
Извержения магматических вулканов являются опасными природными катаклизмами. Предсказание таких явлений − сложная задача, которая сейчас в основном решается с помощью методов пассивной сейсмики. В докладе будет рассмотрены возможности активного вибросейсмического мониторинга вулканических структур на основе моделирования процесса распространения упругих волн в сложно построенной среде, характерной для магматических вулканов. На основе динамической теории упругости и конечно-разностного метода разработаны параллельные алгоритмы и комплекс программ адаптированный к основным современным архитектурам суперЭВМ. Рассмотрены различные вариации приближенной модели магматического стратовулкана, проведены сравнительные численные расчеты. Рассчитанное сейсмическое поле внутри вулканической постройки имеет сложную структуру, зависящую от геометрии исследуемых объектов и их реологических характеристик. На основании проведенных исследований делается вывод о возможности мониторинга вулканов этого типа с применением прецизионных вибросейсмических источников и сейсмических систем наблюдений. Предлагается вариант вибросейсмического мониторинга вулкана Эльбрус с использованием системы наблюдения в штольне Баксанской нейтринной лаборатории.
д.ф.-м.н. Роменский Е. И. (ИМ СО РАН)
Аннотация
Современные междисциплинарные исследования, ориентированные на приложения в науке и технике требуют создания новых математических и вычислительных моделей и методов их решения. Традиционные подходы решения многофизичных многомасштабных задач основаны на использовании классических моделей сплошной среды и их сопряжении, что создает определенные трудности в разработке методов их решения (например, формулировка граничных условий для границ раздела сред с различными свойствами и их численная реализация). В докладе предлагается альтернативный подход к моделированию многофизичных задач, основанный на формулировке унифицированной модели сплошной среды. Такая модель на основе единой системы определяющих гиперболических дифференциальных уравнений позволяет описывать поведение среды от упругого до упругопластического состояния, а также ее течение как течение вязкой теплопроводящей жидкости. Унифицированная модель является математически и термодинамически корректной и допускает прямое применение современных высокоточных численных методов, что позволяет сделать заключение о достоверности полученных на ее основе решений. При таком подходе многофизичность учитывается нелинейными замыкающими соотношениями в определяющих уравнениях, а граничные взаимодействия контролируются законами сохранения. Такой подход существенно упрощает вычислительную методику решения уравнений модели, поскольку допускает решение задач на прямоугольных (параллелепипедных) сетках с использованием алгоритмов “диффузных границ” для граничных взаимодействий. Представлено расширение унифицированной модели упругопластической среды, учитывающее повреждаемость материала, а также расчеты некоторых задач разрушения, в том числе связанных с сейсмическими процессами.
Горбунов Д. Е. (ИХКГ СО РАН)
Аннотация
Ссылка на запись семинара - https://yadi.sk/d/FISwmMDgnZXDkg Квантовая химия - это область вычислительной квантовой физики, концентрирующаяся на расчётах электронной структуры и свойств химических систем, преимущественно молекулярных. Размерность уравнения Шрёдингера, описывающего такие системы, растёт экспоненциально с ростом числа частиц (электронов), поэтому для практических применений в квантовой химии используется ряд нетривиальных упрощений и приближений, в результате которых получаются итоговые уравнения, которые являются нелинейными и нелокальными, что требует особого подхода при построении расчётных методов. Цель настоящего доклада - рассказать о математической и технической стороне квантовой химии, обсудить, уделяя основное внимание алгоритмической стороне проблемы, основные популярные квантовохимические методы. Характерные задачи квантовой химии сильно отличаются от задач вычислительной геофизики, гидродинамики и теории упругости, поэтому представляется полезным познакомить аудиторию семинара со спецификой данной области. В докладе будут рассмотрены общие идеи методов Хартри-Фока (HF), Кона-Шэма для теории функционала плотности (KS-DFT), методы конфигурационного взаимодействия (а именно Coupled Cluster), методы многоконфигурационного взаимодействия на примере CASSCF, а также технические сложности при их реализации и "узкие места". Также в докладе будут приведены примеры последних работ нашей группы (д.х.н. Нины Павловны Грицан и к.ф.-м.н. Виталия Георгиевича Киселева с сотрудниками), связанных с применением современных квантовохимических расчётных методов в различных физико-химических задачах: в частности, для расчета свойств новых магнитных и высокоэнергетических материалов.
к.т.н. Винс Д.В. (ИВМиМГ СО РАН)
Аннотация
В работе представлена цифровая модель HPC системы для хранения и обработки данных с электрон-позитронного коллайдера Супер С-Тау Фабрика. Модель создана с помощью платформы мультиагентного моделирования AGNES. Включает в себя интеллектуальные агенты, которые имитируют поведения основных подсистем суперкомпьютера, таких как планировщик заданий, вычислительные кластера, система хранения данных и т.д.
к.ф.-м.н. Воробьев В. С. (ИЯФ СО РАН)
Аннотация
В докладе представлен проект коллайдера сверхвысокой светимости "Супер С-тау фабрика", обсуждаются задачи по сбору, анализу и моделированию данных и требования к компьютерной инфраструктуре проекта.
д.ф.-м.н. Лисица В. В. (ИНГГ СО РАН)
Аннотация
Вычислительная физика горных пород - новое направление петрофизических исследований. В качестве моделей среды здесь выступают микротомографические изображения породы, позволяющие получить описание породы на масштабе пор. Именно на этом масштабе проводится численное моделирование различных физических процессов (расчет флюидопотоков, нагружение матрицы породы, изменение порового давления, химическое взаимодействие флюида с породой, воздействие потенциальных полей и пр.) с последующей оценкой эффективных макроскопических свойств породы, таких как проницаемость, удельное сопротивление, упругие модули и другие. Понятно, что проведение такого моделирования невозможно без привлечения высокопроизводительных вычислительных систем и, в частности, ЦКП «Сибирский Суперкомпьютерный Центр», вычисления на котором проводятся в рамках гранта РНФ по мероприятию «Проведение исследований на базе существующей научной инфраструктуры мирового уровня» Президентской программы исследовательских проектов​.
к.ф.-м.н. Черных И.Г. (ИВМиМГ СО РАН)
Аннотация
В докладе будет представлена информация о Президентской программе «Проведение исследований на базе существующей научной инфраструктуры мирового уровня», финансируемой Российским Научным Фондом. Развернуто будет дано пояснение, как построено взаимодействие между организациями, которые были поддержаны грантами и ЦКП ССКЦ. Будут представлены результаты, полученные по проекту 19-71-20026 «Численное моделирование открытых плазменных ловушек для решения задач управляемого термоядерного синтеза с использованием перспективных высокопроизводительных вычислительных систем».
Методы оптимизации выполнения тензорных операций на многоядерных процессорах
Гареев Р. А. (ИММ УрО РАН)
Аннотация
Тензорные операции имеют широкое применение в численных методах, машинном обучении, спектральных методах и квантовой химии. Целью данной работы является разработка методов оптимизации выполнения тензорных операций, использующих модель гипотетического процессора, без ручной настройки и автонастройки, а также создание программной системы автоматического выполнения таких оптимизаций во время процесса компиляции на многоядерных процессорах. В рамках данной работы разработаны новые алгоритмы оптимизации времени выполнения тензорных операций, применимые в условиях ограниченного времени и недоступности архитектуры процессора; разработана новая программная система, выполняющая автоматическую оптимизацию и распараллеливание тензорных операций при компиляции программ; показана применимость программной системы для оптимизации тензорных сверток, включая архитектуры с отсутствующими библиотеками. Разработанная программная система сопоставима по производительности с оптимизированными библиотеками, превосходит ICC и достигает существенного ускорения по сравнению с другими компиляторами для различных типов данных.
Чеверда В. А., Колюхин Д.Р., Лисица В.В., Протасов М.И. (ИНГГ СО РАН), Решетова Г.В. (ИНГГ СО РАН, ИВМиМГ СО РАН)
Аннотация
Разломы земной коры существенно влияют на структуру флюидопотоков в естественных резервуарах. Они могут выступать и как как барьеры, и как проводящая среда. Несмотря на то, что во многих случаях наличие разломов может быть определено из сейсмических данных, оценка их внутренней структуры представляет существенные трудности. В работе (Tveranger и др., 2004) предложен метод, позволяющий проводить явное детальное трехмерное статистическое моделирование структуры и свойств разломной зоны, основываясь на анализе данных, собранных на обнажениях. Мы используем в данной работе построенный на его основе статистический ансамбль реализаций строения разломной зоны. Систематическое изменение параметров геологической модели мы используем для понимания их проявлений в сейсмических изображениях путём сравнения их статистических характеристик. В работе проведено сравнение статистических характеристик исходной модели разломной зоны и её изображения в рассеянных волнах. Показано, что некоторые статистические характеристики сохраняются, в частности, характерный размер неоднородностей среды.
Код Luthien - 2D моделирование плазмы методом частиц в ячейках. Обзор и перспективы развития
Берендеев Е. А. (ИВМиМГ СО РАН)
Аннотация
В докладе представляется новый код для моделирования плазмы в 2D геометрии методом частиц в ячейках. Кинетическая модель плазмы наиболее универсальна и может быть использована при решении широкого круга задач. В то же время решение кинетических уравнений - это достаточно ресурсоёмкая задача, требующая значительных вычислительных ресурсов. Поэтому создание кодов для моделирования плазмы это выбор между эффективным решением конкретной задачи и универсальностью. Luthien - это комплекс параллельных программ с открытым исходным кодом для CPU, созданный на основе объектно-ориентированного подхода С++. На данный момент реализована поддержка 2D декартовой и цилиндрической геометрии, возможность задания собственных сортов частиц (что позволяет моделировать сложные многокомпонентные среды), поддержка инжекции лазеров и пучков с возможностью фокусировки. Также реализован ряд методов для моделирования коллективного взаимодействия частиц через столкновения или полевую ионизацию. В качестве основного параллельного алгоритма выбрана двухуровневая декомпозиция - на первом этапе это декомпозиция области, и при необходимости - на втором этапе распределение частиц по процессорам внутри одной подобласти. Использование объектно-ориентированного подхода, базовых классов моделирования, а также уже созданных библиотек алгоритмов позволяет коду Luthien быть достаточно универсальным, иметь возможность добавлять пользователю новые алгоритмы и параметры, в то же время, сохраняя параллельную структуры программы.
д.ф.-м.н. Куликов И.М., к.ф.-м. Черных И.Г. (ИВМиМГ СО РАН)
Аннотация
В докладе будет приведен обзор математических моделей, численных методов для моделирования процессов, происходящих при взрыве сверхновых. Будет дан краткий обзор докладов конференции First Stars IV, проходившей в марте 2020 года в г. Концепсьон, республика Чили.
д.т.н. Глинский Б.М. (ИВМиМГ СО РАН)
Аннотация
Обсуждаются вопросы применения суперкомпьютерных технологий к решению вычислительно сложных задач математической физики. Разработанная технология создания алгоритмического и программного обеспечения для суперкомпьютеров, содержит три связанных этапа: со-дизайн, под которым мы понимаем адаптацию постановки задачи, математического метода, вычислительного алгоритма под параллельную архитектуру суперкомпьютера на всех этапах решения задачи; создание упреждающего алгоритмического и программного обеспечения для наиболее перспективных суперкомпьютеров на основе имитационного моделирования; оценка энергоэффективности алгоритмов при различных реализациях на заданной архитектуре суперЭВМ. Предлагается дальнейшее развитие суперкомпьютерных технологий с применением интеллектуальной поддержки решения вычислительно сложных задач с использованием онтологии вычислительных методов и алгоритмов решения задачи, онтологии вычислительных гетерогенных архитектур и правил принятия решения.
к.ф.-м.н. Прууэл Э. Р. (ИГиЛ СО РАН)
Аннотация
Реализована модель уравнения состояния позволяющая проводить расчеты равновесных термодинамических параметров плотных газов и флюидов с учетом межмолекулярных взаимодействий. Протестированный диапазон параметров составляет по температуре -- от 100 до 10 000 K и до давлений 100 ГПа. Базовыми параметрами для задания условий являются плотность, температура и химический элементный состав исследуемой смеси. Для этих условий вычисляется равновесный химический состав, внутренняя энергия, теплоемкости, показатель адиабаты и скорость звука. В расчетах учтена возможность образования следующих химических компонент: Ar, Ne, He, Kr, N2, N, O2, O, H2, H, H2O, OH, NH3, CO, CO2, CH4, NH3, NO и конденсированной фазы углерода. Для построения уравнения состояния используются методы молекулярной динамки и статистической физики. При этом, вещество рассматривается как набор точечных объектов (молекул) взаимодействующих с центральным парным потенциалом в форме exp6. Дополнительно молекулы обладают внутренними степенями свободы, энергия которых зависит только от температуры. Для определения давления и полной энергии системы численно решается задача движения небольшого ансамбля частиц (NVT ансамбль из 50-100 молекул), при этом внутренняя энергия системы вычисляется как суммы кинетических энергий молекул и потенциальной энергии взаимодействия, давление вычисляется по Теореме о вириале. Подбор параметров парных потенциалов взаимодействия осуществлялся из условий наилучшего соответствия экспериментальным данным: таблицам термодинамическим величин Американского института стандартов, ударным адиабатам сжиженных газов и параметрам детонационным конденсированных взрывчатых материалов. Разработанный на базе модели программный комплекс (http://ancient.hydro.nsc.ru/chem) позволяет определять равновесные термодинамические параметры смесей газов при заданной плотности и температуре, рассчитывать ударные адиабаты сжиженных газов и определять парамтры детонации конденсированных взрывчатых веществ. Для построения ударной адиабаты, численно решается нелинейное уравнение Гюгонио в переменных плотность и температура, при этом, все необходимые параметры (давление и удельная внутренняя энергия) вычисляются описанным выше методом. Параметры детонации определяются из условий Чепмена-Жуге - на ударной адиабате с энерговыделением находится точка с условиями D=u+c, где D - скорость фронта, u - массовая скорость, c - равновесная скорость звука.
Перепёлкин В. А. (ИВМиМГ СО РАН)
Аннотация
Аннотация: Система LuNA позволяет автоматически конструировать и исполнять на мультикомпьютерах параллельные программы численного моделирования на основе высокоуровневого описания прикладного алгоритма. Прикладной алгоритм описывается в виде множества фрагментов данных и вычислений, что позволяет системе автоматически планировать и реализовывать вычисления распределённо, динамически балансировть нагрузку на вычислительные узлы, осуществлять необходимые коммуникации между узлами и выполнять ряд других низкоуровневых задач параллельного программирования, освобождая от этой работы пользователя. В докладе представляются язык описания прикладных алгоритмов, ключевые системные алгоритмы, осуществляющие его трансляцию и распределённое исполнение, а также представлены экспериментальные исследования системы на ряде задач.
к.ф.-м.н., Боронина М. А., д.ф.-м.н. Вшивков В.А., к.ф.-м.н. Генрих Е.А., Дудникова Г.И. (ИВМиМГ СО РАН)
Аннотация
Использование новой идеи диамагнитного удержания плазмы в открытой ловушке представляет большой интерес, т.к. дает принципиальную возможность создания компактного термоядерного реактора. В докладе будет представлен параллельный алгоритм решения задач математического моделирования динамики плазмы с целью исследования возможности формирования конфигурации магнитного поля, необходимого для удержания плазмы в диамагнитном режиме открытой ловушки. Речь пойдет о параллельных реализациях численных алгоритмов на основе гибридной модели и метода частиц-в-ячейках с применением смешанной декомпозиции.
д.ф.-м.н., проф. Ильин В. П. (ИВМиМГ СО РАН)
Аннотация
Рассматриваются концепция, архитектура и структура данных интегрированного вычислительного окружения (ИВО) для построения многомерных адаптивных квазиструктурированных сеток, ориентированных на высокопроизводительное решение реальных задач со сложной геометрией многосвязных кусочно-гладких границ расчетных областей и с контрастными материальными свойствами сред. Описываются многообразие объектов и операций над ними, включая параллельные алгоритмы декомпозиции областей и многосеточные подходы, реализуемые в распределенном варианте средствами гибридного программирования на иерархической памяти. Излагаются технологические требования к разработке, предусматривающие гибкое расширение состава применяемых моделей и алгоритмов, адаптацию к эволюции компьютерных платформ, эффективное переиспользование внешних программных продуктов и согласованное участие различных групп разработчиков.
Хачкова Т. С. (ИНГГ СО РАН)
Аннотация
Результатом диссертационной работы являются алгоритмы численной оценки морфологических (пористости, длины корреляции, геометрических, топологических параметров), транспортных (проницаемости, извилистости) и упругих параметров (эффективных тензоров жёсткости и податливости) горной породы на микромасштабе по томографическим и SEM-изображениям образца, которые необходимы для перехода к мезо- и макромасштабу и получения информации о “коллективных” проявлениях скоплений флюидонасыщенных микронеоднородностей в сейсмических полях.