Главная » Все файлы » Просмотр файлов из архивов » PDF-файлы » А.В. Забродин, А.Е. Луцкий - Параллельные вычисления при решении современных задач науки и техники

А.В. Забродин, А.Е. Луцкий - Параллельные вычисления при решении современных задач науки и техники (А.В. Забродин, А.Е. Луцкий - Параллельные вычисления при решении современных задач науки и техники.pdf)

PDF-файл А.В. Забродин, А.Е. Луцкий - Параллельные вычисления при решении современных задач науки и техники (А.В. Забродин, А.Е. Луцкий - Параллельные вычисления при решении современных задач науки и техники.pdf) Параллельные методы решения задач (64422): Книга - 10 семестр (2 семестр магистратуры)А.В. Забродин, А.Е. Луцкий - Параллельные вычисления при решении современных задач науки и техники (А.В. Забродин, А.Е. Луцкий - Параллельные вычислен2020-08-25СтудИзба

Описание файла

PDF-файл из архива "А.В. Забродин, А.Е. Луцкий - Параллельные вычисления при решении современных задач науки и техники.pdf", который расположен в категории "". Всё это находится в предмете "параллельные методы решения задач" из 10 семестр (2 семестр магистратуры), которые можно найти в файловом архиве МГУ им. Ломоносова. Не смотря на прямую связь этого архива с МГУ им. Ломоносова, его также можно найти и в других разделах. .

Просмотр PDF-файла онлайн

Текст из PDF

А.В. Забродин, А.Е. Луцкий«Параллельные вычисления при решении современных задач науки и техники»Параллельные вычисления прирешении современных задач науки итехникиА.В. Забродин, А.Е. ЛуцкийВ современных условиях темпы технического прогресса и успехи врешении фундаментальных научных проблем во многом определяютсяуровнем развития вычислительной техники. В настоящее времяобщепризнанным является класс фундаментальных научных иинженерных проблем Grand challenges, эффективное решение которыхвозможно только с использованием мощных вычислительных ресурсов спроизводительностью сотен Gflops (~1012 операций в секунду) и выше.Чтобы обосновать потребность в указанной производительности,например, для задач аэрогазодинамики, можно привести сравнительнопростойпримеррасчетааэродинамическиххарактеристикизолированного крыла.

Можно показать, что для получениястационарногорешенияуравненийНавье–Стоксанеобходимо13выполнить порядка 2·10 арифметических операций. При использованиисовременных персональных компьютеров на это потребуются десяткичасов. На практике аэродинамического проектирования обычнотребуется не отдельный расчет, а систематический перебор и анализмногих вариантов. Отсюда ясно, что только при наличии ЭВМ спроизводительностью,существеннопревышающейпоказателиперсональных компьютеров, численное моделирование может статьреальным инструментом проектирования летательных аппаратов.Единственнымспособомдостижениятребуемойпроизводительности в настоящее время является использованиемногопроцессорные вычислительные системы.

Этот факт обусловленреальными особенностями развития вычислительной техники.В течение последнего десятилетия в нашей стране все болееактивно применялись многопроцессорные системы нарастающейпроизводительности МВС-100, МВС-1000, разработанные совместноНИИ «Квант» РАСУ, ИПМ им. М.В. Келдыша, ИММ УРО РАН при участиидругих организаций. В июле 2001 г. в Межведомственномсуперкомпьютерном центре (МСЦ) была введена в действие 768процессорнаявычислительнаясистемаМВС-1000Мпроизводительностью триллион арифметических операций с плавающей1А.В.

Забродин, А.Е. Луцкий«Параллельные вычисления при решении современных задач науки и техники»запятой, с двойной точностью в секунду (1 Tflops), что значительнорасширило возможности решения сложных задач с большим объемомвычислительной обработки.Семейство многопроцессорныхсуперкомпьютеров МВС-1000Совместная разработка НИИ «Квант», ИПМ им. М.В.Келдыша РАН, ИММ УрО РАНМногопроцессорные ЭВМ с распределённой памятью МВС-1000 созданы на базепроцессоров Alpha. Применена оригинальная модульная схема соединения процессоров,обеспечивающая минимальную длину пути между процессорами и позволяющаясоздавать модули из 16, 32, 64 и 128 процессоров.Однако, в случае многопроцессорных вычислительных системдостичь высокой производительности при решении реальныхприкладных задач оказывается значительно сложнее, чем длятрадиционных ЭВМ. Основным требованием к алгоритму являетсяналичие внутреннего параллелизма.

Это означает, что алгоритм долженсостоят из некоторого количества частей, которые могут выполнятьсяодновременно и независимо друг от друга. Следующий принципиальныйфакт во многом определяет возможность эффективной параллельнойреализации алгоритмов. Для многопроцессорных систем время обменасообщениями между процессорами существенно превышает времядоступа к своей локальной памяти и, тем более, время выполненияарифметическихопераций.Отсюдавозникаетусловие локальности алгоритма – на каждом процессорном элементе(ПЭ) обращение к локальной памяти и выполнение арифметическихопераций должны происходить значительно чаще, чем обмены даннымис другими ПЭ. Наконец, нужно отметить весьма желательноетребование масштабируемости,котороеозначаетспособностьалгоритма работать на произвольном числе процессоров.

На практикеэто свойство обеспечивает высокую эффективность параллельнойреализации и для конкретного числа ПЭ.Насегодня,благодаряиспользованиюновойвысокопроизводительной техники, получено значительное продвижениев решении вычислительных проблем механики, современной физики,квантовой химии, биологии и по другим направлениям науки.2А.В. Забродин, А.Е.

Луцкий«Параллельные вычисления при решении современных задач науки и техники»Создание и применение многопроцессорных вычислительныхсистем открывает новые возможности для проведения комплексноговычислительного моделирования в ведущих направлениях механики.Получены существенные продвижения в компьютерном проектированиилетательных аппаратов различного назначения.

Так, например, на этапеэскизного проектирования одного из новых самолетов удалосьпрактически полностью отказаться от трубного эксперимента. Наиболееупотребительный подход при численном моделировании обтеканиялетательных аппаратов состоит в использовании разностных методов.Как правило, строятся многоблочные сетки. Разбиение области теченияна отдельные блоки облегчает построение сетки и способствует еёадаптации к особенностям искомого течения. Кроме того, появляетсявозможность двухуровневого распараллеливания, что позволяетобеспечить более равномерную балансировку объема вычислений прираспределении вычислительной работы по процессорам.Области применения суперкомпьютеров МВС-1000 в аэродинамикеРасчёт внутренних ивнешнихаэрогазодинамическихпроцессовАэродинамическоепроектированиелетательных аппаратовИсследование влиянияэнерговыделения в потокеВ последние годы в вычислительной механике широкоиспользуются дискретные модели для описания поведения материалов смикроструктурой.

При сильном деформировании и разрушениивозникают серьезные трудности в описании подобных процессов врамках классической механики сплошных сред. В этой ситуации особуюактуальность приобретает развитие аналитических и вычислительныхмоделей, которые основаны на представлении материала совокупностьювзаимодействующих частиц, для которых записываются классическиеуравнения динамики. Взаимодействие частиц описывается посредствомпотенциалов взаимодействия. В качестве частиц могут задаваться нетолько атомы и молекулы, но и макроскопические объекты болеекрупного уровня.Использование многопроцессорных вычислительных системтерафлопной производительности позволяет реализовать новые более3А.В. Забродин, А.Е.

Луцкий«Параллельные вычисления при решении современных задач науки и техники»точные физико-математические модели описания поведения плазмы вшироких диапазонах современных приложений, в том числе, в задачахуправляемоготермоядерногосинтеза.Изучениесвойстввысокотемпературной неравновесной плазмы, уточнение моделейвзаимодействия с видами излучений и электромагнитными полямисоставляют важный раздел современных вычислительных приложений.Одним из таких приложений являются течения плазмы в каналах приналичии магнитных полей.

Это сложные многомерные задачи, решениекоторых требует больших вычислительных ресурсов. Их техническимиприложениями являются разработки магнитных ловушек для удержанияплазмы, создание двигателей малой тяги с большим ресурсом и др.Реализованы в параллельных вычислительных алгоритмахусовершенствованные квантово-статистические модели описанияповедения высокотемпературной плазмы. На основе этих моделейразработаны алгоритмы для вычисления спектральных коэффициентовпоглощения фотонов, росселандовых пробегов и уравнения состояния,необходимые для проведения сложных расчетов, описывающихгазодинамические и тепловые процессы при воздействии мощногоизлучения на вещество.

При этом решение систем нелинейныхуравнений,требующиебольшихвычислительныхзатрат,осуществляется с широким распараллеливанием по спектральнымпеременным, что позволяет проводить детальные расчеты с учетомтонкой структуры энергетических уровней.Заметное место в задачах вычислительной физики занимаетизучение процессов генерации, распространения и воздействия наобъекты и внутреннюю аппаратуру электромагнитного излучения отимпульсных ионизирующих источников. Решение этих многомерныхзадач осуществляется на основе адаптации для параллельныхвычислений самосогласованного описания процесса генерацииэлектромагнитных полей на основе нестационарных уравненийМаксвелла и кинетики электронов в формирующихся полях.Распараллеливание производится по геометрической компоненте. Вобработке использовалось до 200 процессоров системы МВС-1000М.Исследованиепроцессовпереносарадиационногоизлучения необходимо в целом ряде задач, в том числе в инженерных иастрофизических приложениях.

Суммарная пространственная сетка вбольшинстве расчетов по всем подобластям составляла 1.8·108 точек.Практические расчеты проводились, в основном, на 513 процессорахсистемы МВС-1000М с эффективностью распараллеливания более 70%.Время расчета одного практического варианта составило около 600 мин.4А.В. Забродин, А.Е.

Луцкий«Параллельные вычисления при решении современных задач науки и техники»Пространственный шаг сетки для реальных задач — от 1÷2 мм (приобщих размерах ~10 м), что позволяет описать геометрию реальногоустройства практически без искажений.К задачам компьютерной биологии относятся:Распознавание кодирующих участков в первичной структуребиополимеров; сравнительный анализ первичных структурбиополимеров.Расшифровки пространственной структуры биополимеров и ихкомплексов.Пространственное сворачивание белков.Моделирование структуры и динамики биомакромолекул.Уже получены важные результаты, в том числе при анализегенетической информации, расшифровке пространственной структурыбиомакромолекул, моделировании механизмов их функционирования.Принципиальноновымвпредложенномподходеявляетсямоделирование не только структурообразования как отдельногоявления, но и процесса рождения макромолекулы в целом.

Свежие статьи
Популярно сейчас
Как Вы думаете, сколько людей до Вас делали точно такое же задание? 99% студентов выполняют точно такие же задания, как и их предшественники год назад. Найдите нужный учебный материал на СтудИзбе!
Ответы на популярные вопросы
Да! Наши авторы собирают и выкладывают те работы, которые сдаются в Вашем учебном заведении ежегодно и уже проверены преподавателями.
Да! У нас любой человек может выложить любую учебную работу и зарабатывать на её продажах! Но каждый учебный материал публикуется только после тщательной проверки администрацией.
Вернём деньги! А если быть более точными, то автору даётся немного времени на исправление, а если не исправит или выйдет время, то вернём деньги в полном объёме!
Да! На равне с готовыми студенческими работами у нас продаются услуги. Цены на услуги видны сразу, то есть Вам нужно только указать параметры и сразу можно оплачивать.
Отзывы студентов
Ставлю 10/10
Все нравится, очень удобный сайт, помогает в учебе. Кроме этого, можно заработать самому, выставляя готовые учебные материалы на продажу здесь. Рейтинги и отзывы на преподавателей очень помогают сориентироваться в начале нового семестра. Спасибо за такую функцию. Ставлю максимальную оценку.
Лучшая платформа для успешной сдачи сессии
Познакомился со СтудИзбой благодаря своему другу, очень нравится интерфейс, количество доступных файлов, цена, в общем, все прекрасно. Даже сам продаю какие-то свои работы.
Студизба ван лав ❤
Очень офигенный сайт для студентов. Много полезных учебных материалов. Пользуюсь студизбой с октября 2021 года. Серьёзных нареканий нет. Хотелось бы, что бы ввели подписочную модель и сделали материалы дешевле 300 рублей в рамках подписки бесплатными.
Отличный сайт
Лично меня всё устраивает - и покупка, и продажа; и цены, и возможность предпросмотра куска файла, и обилие бесплатных файлов (в подборках по авторам, читай, ВУЗам и факультетам). Есть определённые баги, но всё решаемо, да и администраторы реагируют в течение суток.
Маленький отзыв о большом помощнике!
Студизба спасает в те моменты, когда сроки горят, а работ накопилось достаточно. Довольно удобный сайт с простой навигацией и огромным количеством материалов.
Студ. Изба как крупнейший сборник работ для студентов
Тут дофига бывает всего полезного. Печально, что бывают предметы по которым даже одного бесплатного решения нет, но это скорее вопрос к студентам. В остальном всё здорово.
Спасательный островок
Если уже не успеваешь разобраться или застрял на каком-то задание поможет тебе быстро и недорого решить твою проблему.
Всё и так отлично
Всё очень удобно. Особенно круто, что есть система бонусов и можно выводить остатки денег. Очень много качественных бесплатных файлов.
Отзыв о системе "Студизба"
Отличная платформа для распространения работ, востребованных студентами. Хорошо налаженная и качественная работа сайта, огромная база заданий и аудитория.
Отличный помощник
Отличный сайт с кучей полезных файлов, позволяющий найти много методичек / учебников / отзывов о вузах и преподователях.
Отлично помогает студентам в любой момент для решения трудных и незамедлительных задач
Хотелось бы больше конкретной информации о преподавателях. А так в принципе хороший сайт, всегда им пользуюсь и ни разу не было желания прекратить. Хороший сайт для помощи студентам, удобный и приятный интерфейс. Из недостатков можно выделить только отсутствия небольшого количества файлов.
Спасибо за шикарный сайт
Великолепный сайт на котором студент за не большие деньги может найти помощь с дз, проектами курсовыми, лабораторными, а также узнать отзывы на преподавателей и бесплатно скачать пособия.
Популярные преподаватели
Нашёл ошибку?
Или хочешь предложить что-то улучшить на этой странице? Напиши об этом и получи бонус!
Бонус рассчитывается индивидуально в каждом случае и может быть в виде баллов или бесплатной услуги от студизбы.
Предложить исправление
Добавляйте материалы
и зарабатывайте!
Продажи идут автоматически
5075
Авторов
на СтудИзбе
455
Средний доход
с одного платного файла
Обучение Подробнее