2.3. Будут разработаны параллельные алгоритмы и программы фильтрационного горения газов. Основное приложение системы – параллельная реализация алгоритмов сложных численных моделей большого размера и их параллельное исполнение.

УТВЕРЖДАЮ
Вице-президент РАН,
Председатель СО РАН

академик____________________А.Л. Асеев

« »____________2014 г.

СОГЛАСОВАНО
Председатель Объединенного ученого совета СО РАН
по математике и информатике

академик______________________Ю.Л. Ершов

« »______________2014 г.







План научно-исследовательской работы (государственное задание)
Федерального государственного бюджетного учреждения науки
Института вычислительной математики и математической геофизики
Сибирского отделения Российской академии наук

на 2014 год








г. Новосибирск - 2013
 
    1. Наименование государственной работы - Фундаментальные научные исследования в соответствии с Программой фундаментальных научных исследований (ФНИ) государственных академий наук на 2013-2020 годы


    2. Характеристика работы     
Пункт программы ФНИ государственных академий наук на 2013-2020 годы и наименование направления исследований в части:

Содержание работы

Объем финансирования, тыс. руб.


Планируемый результат выполнения работы, подразделение научного учреждения СО РАН и руководитель работы
Область применения результатов, принадлежность к направлениям модернизации экономики РФ, предприятия-потенциальные потребители и заказчики результатов



2014

2015

2016



I.2. Вычисли-тельная мате-матика.

Разработка параллельных численных алгоритмов решения задач теории упругости, фильтрации в пористых средах, горения, тепло-массопереноса, волновых процессов;
Разработка параллельных методов Монте-Карло для решения линейных и нелинейных кинетических уравнений, задач теории переноса, финансовой математики.
Разработка численных алгоритмов решения прямых и обратных задач в разных областях естествознания.
33 438
34 419
34 419
Будут разработаны и обоснованы новые параллельные численные алгоритмы решения задач теории упругости, фильтрации в пористых средах, горения, тепло-массопереноса, волновых процессов;
Будут разработаны и обоснованы новые параллельные методы Монте-Карло для решения линейных и нелинейных кинетических уравнений, задач теории переноса, финансовой математики.
Будут разработаны и обоснованы новые численные алгоритмы решения прямых и обратных задач.
Стратегические информационные технологии, включая вопросы создания суперкомпьютеров и разработки программного обеспечения

I.2.1.1. Сеточные методы для высокопроизводительных ЭВМ и их применение в задачах естествознания

Раздел 1:
1.1. Построение теоретических сейсмограмм для трехмерных задач динамики в сложно-построенных средах (упругость).
1.2. Обоснование алгоритма пересчета граничных условий для бигармонического уравнения.
Раздел 2:
2.1. Разработка параллельных программ методов расщепления на основе MPI-технологии.
2.2. Разработка параллельных программ фильтрации в трещиновато-пористых средах.
2.3. Разработка параллельных алгоритмов и программ фильтрационного горения газов.
2.4. Разработка тестов для параллельных пакетов программ задач линейной алгебры.
2.5. Разработка новых кубатурных формул для сферы, инвариантных относительно групп вращений многогранников для различных симметрий.
Раздел 3:
3.1. Разработка алгоритма на последовательности вложенных трехмерных сеток для сеточной задачи Дирихле в многограннике.
3.2. Разработка программы пересчета двумерных данных методами сплайн-аппроксимации;
Разработка программы построения тензорного сплайна на основе произвольно выбранных покомпонентных сплайнов.
3.3. Разработка алгоритма фотореалистического рендеринга сцен, состоящих из кристаллических агрегатов полупрозрачных оптически анизотропных сред (изотропных, одноосных и двуосных окрашенных кристаллов);
Разработка методов ускорения алгоритма на основе оценки вклада отбрасываемых ветвей дерева обратной лучевой трассировки.

12 713


































Раздел 1:
1.1. Будут построены теоретические сейсмограммы для трехмерных задач динамики в сложно-построенных средах (упругость).
1.2. Будет обоснован алгоритм пересчета граничных условий для бигармонического уравнения.
Раздел 2:
2.1. Будут разработаны параллельные программы методов расщепления на основе MPI-технологии.
2.2. Будут разработаны параллельные
программы фильтрации в трещиновато-пористых средах.
2.3. Будут разработаны параллельные алгоритмы и программы фильтрационного горения газов.
2.4. Будут разработаны тесты для параллельных пакетов программ задач линейной алгебры.
2.5. Будут разработаны новые кубатурные формулы для сферы, инвариантные относительно групп вращений многогранников для различных симметрий.
Раздел 3:
3.1. Будут разработаны алгоритмы на последовательности вложенных трехмерных сеток для сеточной задачи Дирихле в многограннике.
3.2. Будут разработаны программы пересчета двумерных данных методами сплайн-аппроксимации;
Будут разработаны программы построения тензорного сплайна на основе произвольно выбранных покомпонентных сплайнов.
3.3. Будут разработаны алгоритмы фотореалистического рендеринга сцен, состоящих из кристаллических агрегатов полупрозрачных оптически анизотропных сред (изотропных, одноосных и двуосных окрашенных кристаллов);
Будут разработаны методы ускорения алгоритма на основе оценки вклада
отбрасываемых ветвей дерева обратной лучевой трассировки.


Руководитель: ак. А.Н. Коновалов. Лаборатория численного анализа и машинной графики.


Стратегические информационные технологии, включая вопросы создания суперкомпьютеров и разработки программного обеспечения

I.2.1.2. Разработка алгоритмов статистического моделирования для суперкомпьютерного решения задач математической физики, а также индустриальной математики

Разработка и изучение оценок метода Монте-Карло, главным образом новых весовых оценок с конечной дисперсией. Будет разрабатываться уменьшение дисперсии с использованием «функций ценности» и ветвления траекторий.
с целью повышения эффективности приближенного решения нелинейных кинетических уравнений Больцмана и Смолуховского разработка весовых алгоритмов метода Монте-Карло для изучения зависимости базовых функционалов от параметров соответствующей математической модели; исследование зависимости точности приближенного решения нелинейного кинетического уравнения от числа модельных частиц и других вычислительных параметров.
разработка новых практически эффективные весовых алгоритмов моделирования для оценки статистически плохо определенных (в рамках исходной вероятностной модели) функционалов при решении широкого круга задач теории переноса и эволюции многочастичных ансамблей в пространственно неоднородном случае.

20 725


Будут разработаны новые алгоритмы моделирования на Супер-ЭВМ ветвящихся случайных процессов для оценки критических значений их параметров.
Будут исследоваться конструкции и теория алгоритмов метода Монте-Карло с использованием симметрии и подобия в решаемых задачах. Будет решаться вопрос о минимаксном варианте «метода подобных траекторий» с ветвлением.
С целью решения нелинейных кинетических уравнений Больцмана и Смолуховского будут построены новые алгоритмы статистического моделирования для широких классов моделей парного взаимодействия частиц на основе модификаций метода мажорантной частоты.
Будут разработаны новые алгоритмы метода Монте-Карло для решения нелинейного уравнения коагуляции с учётом важных в приложениях физико-химических механизмов образования, роста, трансформации и переноса нано- и микро- частиц. В частности, будут решены вопросы оптимального выбора параметров параллельных алгоритмов для минимизации трудоемкости глобальной оценки решения.
Будет построена верхняя граница погрешности метода прямого статистического моделирования (ПСМ), учитывающая как дискретные, так и стохастические компоненты погрешности. На этой основе будет решена задача выбора оптимальных значений параметров метода ПСМ, гарантирующих, что получаемая погрешность не превосходит заданной.
Будет построен алгоритм статистического моделирования переноса поляризованного излучения с использованием комбинации локальной и двойной локальной векторных оценок метода Монте-Карло «по столкновениям», а также модификации моделирования «без вылета» и «без поглощения». Будут решены модельные задачи восстановления матрицы рассеяния по наблюдениям поляризованного излучения в альмукантарате Солнца.
Будут разработаны новые весовые алгоритмы статистического моделирования для решения задач теории переноса электромагнитных излучений в стохастических рассеивающих и поглощающих средах, осуществлена их параллельная реализация на многопроцессорных вычислительных системах. Будут разработаны алгоритмы статистического моделирования переноса лазерного излучения в задачах дистанционного зондирования.
Будут развиты подходы к построению новых стохастических моделей для численного анализа процессов, включающих в себя многомасштабные и флуктуирующие параметры, для таких задач, как транспорт в пористых средах, дислокации в кристаллах и аморфных полупроводниках, рентгеновский анализ структуры больших молекул.
Будет осуществлено дальнейшее развитие подходов к построению алгоритмов численного стохастического моделирования многомерных негауссовских нестационарных атмосферных процессов и неоднородных полей, разработаны алгоритмы вычисления характеристик выбросов случайных процессов и полей с использованием многопроцессорных вычислительных систем. Эти подходы будут также использованы для моделирования и исследования потоков информации в компьютерных сетях.
Будут разработаны новые параллельные алгоритмы для оценки функционалов диффузионных процессов и их параметрических производных. Будут решены соответствующие прикладные задачи (с использованием суперкомпьютеров).
Будут исследованы возможности применения рандомизированных сеточных численных функциональных алгоритмов, связанных с реализацией итерационных (в том числе, многоуровневых) методов. Будет продолжена разработка дискретно-стохастических методов построения структурированных адаптивных сеток на основе модели SOM.
Будут разработаны алгоритмы для анализа стохастических осцилляторов, включающий в себя анализ случайных аттракторов и моделей движения по орбите ИСЗ и ракеты.
Будет разработан метод определения положения подвижной границы области в задаче плавления с использованием вероятностного представления.
Будет построена реалистичная кинетическая модель автотранспортного потока в пространственно-однородном случае.
Будет построен модифицированный алгоритм статистического моделирования систем со случайной структурой с распределенными переходами.

Руководитель: чл.-к. РАН Г.А. Михайлов. Лаборатория методов Монте-Карло.

Стратегические информационные технологии, включая вопросы создания суперкомпьютеров и разработки программного обеспечения

I.3. Математи-ческое модели-рование

Развитие численных методов, алгоритмов и программ для моделирования вибросейсмических полей
Разработка новых алгоритмов и программ обработки данных вибромониторинга
Разработка параллельных алгоритмов обработки изображений
Разработка компонентов климатической системы, включающей в себя атмосферу, океан, почву с учетом гидрологии поверхности, а также распространение загрязняющих веществ в объектах городской застройки и водных объектах.
Развитие теоретических основ, методов решения и алгоритмов реализации совместных моделей динамики и химии атмосферы для целей природоохранного прогнозирования
Исследование новых обратных задач электродинамики, сейсморазведки, геоэлектрики, теории распространения волн.
Создание, обоснование и применение новых численных алгоритмов решения прямых и обратных задач геофизики и биологии.
Математическое моделирование процессов, происходящих в литосфере, гидросфере, атмосфере, биосфере.
Развитие теории и разработка математических моделей и методов мониторинга, анализа и оптимизации систем сетевой структуры
Развитие специальных методов вычислений в линейном программировании.
Исследование методов анализа сетей цитирования в распределенных библиографических базах данных (РББД).

62 566
64 164
64 164
Будут развиты численные методы, алгоритмы и программы для моделирования вибросейсмических полей
Будет проведена разработка новых алгоритмов и программ обработки данных вибромониторинга
Будет проведена разработка параллельных алгоритмов обработки изображений
Будет проведена разработка компонентов климатической системы, включающей в себя атмосферу, океан, почву с учетом гидрологии поверхности, а также распространение загрязняющих веществ в объектах городской застройки и водных объектах.
Будут развиты теоретические основы, методы решения и алгоритмы реализации совместных моделей динамики и химии атмосферы для целей природоохранного прогнозирования
Будут исследованы новые обратные задачи электродинамики, сейсморазведки, геоэлектрики, теории распространения волн.
Будут созданы, обоснованы и примененны новые численные алгоритмы решения прямых и обратных задач геофизики и биологии.
Будет осуществлено математическое моделирование процессов, происходящих в литосфере, гидросфере, атмосфере, биосфере.
Будет развита теория и проведена разработка математических моделей и методов мониторинга, анализа и оптимизации систем сетевой структуры
Будут развиты специальные методы вычислений в линейном программировании.
Будут исследованы методы анализа сетей цитирования в распределенных библиографических базах данных (РББД).

Критические технологии РФ:

Стратегические информационные технологии, включая вопросы создания суперкомпьюте-ров и разработки программного обеспечения.
Технологии поиска, разведки, разработки месторождений полезных ископаемых и их добычи
Технологии предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера

Приоритетное направление модернизации экономики, развития науки, технологий и техники РФ:
Рациональ-ное природо-пользование

Потенциальные потребители и заказчики результатов:

Министерство по чрезвычайным ситуациям,
Министерство природных ресурсов и экологии РФ,
Министерство связи, Министерство обороны,

I.3.1.1. Математи-ческое моделирование, разработка новых численных методов, алгоритмов и программ для задач активной сейсмологии и дистанционного зондирования
Развитие численных методов, алгоритмов и программ для моделирования вибросейсмических полей с учетом геометрии и структурных особенностей областей подготовки землетрясений, вулканической активности и разломных зон земной коры , характеристик источников сейсмических волн, систем регистрации и др. Проведение численных экспериментов по расчету параметров волновых полей для сложных моделей сред и вулканических структур на гибридном кластере НКС-30Т + GPU. Разработка новых алгоритмов и программ обработки данных вибромониторинга на основе регистрации малыми сейсмическими группами, частотно-временной и пространственной фильтрации, анализа когерентности, обратной и вейвлет-фильтрации. Проведение численных расчетов по оцениванию параметров сейсоакустических волновых полей от мощных вибраторов в инфранизкочастотном диапазоне в зависимости от метеофакторов, состояния атмосферы, ландшафта и рельефа дневной поверхности Земли. Развитие модуля анализа информационно-вычислительных подсистем на основе оригинальных алгоритмов, актуализация баз экспериментальных данных и баз знаний в составе научной информационно-аналитической системы «Активная сейсмология».
Исследование вопросов применимости современных вычислительных библиотек к решению задач моделирования и обработки данных ДЗЗ на гибридных высокопроизводительных кластерах, оснащенных GPU. Исследование алгоритмов нечеткой кластеризации расширенными алгоритмами С-средних и Густафсона-Кесселя. Дальнейшее расширение списка используемых оптимизационных методов для восстановления структуры вулкана за счет статистических методов распознавания кольцевых структур. Разработка непараметрических критериев для задач томографии. Исследование применимости иерархического гистограммного алгоритма к анализу текстурных изображений леса. Разработка параллельных алгоритмов построения масштабируемой модели гиперрельефа в четырехмерном пространстве.

12 863



Будут развиты численные методы, алгоритмы и программы для моделирования вибросейсмических полей с учетом геометрии и структурных особенностей областей подготовки землетрясений, вулканической активности и разломных зон земной коры , характеристик источников сейсмических волн, систем регистрации и др. Будут проведены численные эксперименты по расчету параметров волновых полей для сложных моделей сред и вулканических структур на гибридном кластере НКС-30Т + GPU. Будет выполнена разработка новых алгоритмов и программ обработки данных вибромониторинга на основе регистрации малыми сейсмическими группами, частотно-временной и пространственной фильтрации, анализа когерентности, обратной и вейвлет-фильтрации. Будут проведены численные расчеты по оцениванию параметров сейсоакустических волновых полей от мощных вибраторов в инфранизкочастотном диапазоне в зависимости от метеофакторов, состояния атмосферы, ландшафта и рельефа дневной поверхности Земли. Будет развит модуль анализа информационно-вычислительных подсистем на основе оригинальных алгоритмов, актуализация баз экспериментальных данных и баз знаний в составе научной информационно-аналитической системы «Активная сейсмология».
Будут исследованы вопросы применимости современных вычислительных библиотек к решению задач моделирования и обработки данных ДЗЗ на гибридных высокопроизводительных кластерах, оснащенных GPU. Будет выполнено исследование алгоритмов нечеткой кластеризации расширенными алгоритмами С-средних и Густафсона-Кесселя. Будет расширен спискок используемых оптимизационных методов для восстановления структуры вулкана за счет статистических методов распознавания кольцевых структур. Будут разработаны непараметрические критерии для задач томографии. Будет выполнено исследование применимости иерархического гистограммного алгоритма к анализу текстурных изображений леса. Будут разработаны параллельные алгоритмы построения масштабируемой модели гиперрельефа в четырехмерном пространстве.

Руководители: д.т.н. В.В. Ковалевский, д.т.н. В.П. Пяткин.
Лаборатория геофизической информатики.
Лаборатория обработки изображений.

Критические технологии РФ:
Технологии поиска, разведки, разработки месторождений полезных ископаемых и их добычи
Технологии предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера

Приоритетное направление модернизации экономики, развития науки, технологий и техники РФ:

Рациональ-ное природо-пользование

Потенциальные потребители и заказчики результатов:

Министерство по чрезвычайным ситуациям, Министерство природных ресурсов и экологии РФ,
Роскомгидро-мет (ФГБУ «НИЦ «Планета»).


I.3.1.2.Исследование процессов в атмосфере, гидросфере и окружающей среде методами математического моделирования
Разработка компонентов климатической системы, включающей в себя атмосферу, океан, почву с учетом гидрологии поверхности, а также распространение загрязняющих веществ в объектах городской застройки и водных объектах.
Развитие теоретических основ, методов решения и алгоритмов реализации совместных моделей динамики и химии атмосферы для целей природоохранного прогнозирования
12 995 


Будут разработаны компоненты климатической системы с акцентом на Арктику и Сибирский регион.
Будут исследованы особенности глобальной и шельфовой циркуляции Арктического бассейна, а также распространение загрязняющих трассеров в океане и объектах городской застройки.
Вариационная методика и алгоритмы решения задач динамики и химии атмосферы на базе совместного использования математических моделей и данных наблюдений; новые версии моделей в рамках многофункционального комплекса «Атмосфера – окружающая среда»

Руководители: д.ф.-м.н. В.В. Пененко, д.ф.-м.н. В.И. Кузин.

Лаборатория математического моделирования процессов в атмосфере и гидросфере.
Лаборатория математического моделирования гидродинамических процессов в природной среде.

Стратегические информационные технологии, включая вопросы создания суперкомпьюте-ров и разработки программного обеспечения.

Анализ и прогноз состояния ледового покрова Северного Ледовитого океана на основе численных расчетов для целей возможного восстановления Северного морского пути. Потенциальными потребителями могут быть департаменты Министерства транспорта РФ.

Технологии мониторинга и прогнозирования состояния окружающей среды, предотвращения и ликвидации ее загрязнения;

Технологии предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера.

Потенциальные потребители и заказчики:
Природоохранные органы субъектов РФ, МЧС, Минобороны.

I.3.1.3. Методы создания, исследования и идентификации математических моделей в науках о Земле
Исследование новых обратных задач электродинамики, сейсморазведки, геоэлектрики, теории распространения волн.
Создание, обоснование и применение новых численных алгоритмов решения прямых и обратных задач геофизики и биологии.
Математическое моделирование процессов, происходящих в литосфере, гидросфере, атмосфере, биосфере.
Разработка параллельных алгоритмов и создание программ численного моделирования сейсмических волн для неоднородной модели Земля- Атмосфера, с учетом ветра и распределенного источника на основе комплексирования интегральных преобразований с конечно-разностными методами.
Совершенствование алгоритмов 3D математического моделирования в методе сопротивлений для задач вертикального электрического зондирования с целью восстановления геоэлектрической структуры с учётом разломных зон, условий криолитозоны. (Алтай, Ямал). Создание параллельных алгоритмов и программ для задач скважинной геоэлектрики. Их реализация на GPU.
Создание спектрального метода решения прямых и обратных задач для двумерных уравнений Максвелла в анизотропных средах, с релаксацией параметров среды, основанного на разложении решения уравнений по функциям Лагерра во временной области.
Создание электронного атласа очагов дальневосточных цунами с получением их основных параметров (на основе экспертных оценок либо прямых измерений). Создание численных моделей сильнейших цунами Тихоокеанского региона. Изучение кинематики волновых фронтов на модельных данных и на записях реальных цунами. Разработка алгоритмов интеграции моделей, описывающих волновые процессы в океане в различных пространственно-временных масштабах. Уточнение каталога известных и предполагаемых импактных структур плейстоцен-голоценового возраста по диаметру и возрасту структур.
23 796



Будут созданы и обоснованы новые методы решения обратных задач электродинамики.
Решение линейной двумерной нестационарной задачи о распространении сейсмических волн в совмещённой математической модели вязкоупругой и пористой среды с учётом диссипации энергии.
Создан, развит и обоснован метод получения новых формул для решений уравнения эйконала - дифференциальных законов сохранения.
Проведено экспериментальное исследование скоростей распространения звуковых волн в донных отложениях для моделирования верхней части скоростных разрезов.
Будет создано на основе конечно-разностного метода параллельное программное обеспечение для моделирования сейсмических волн в разномасштабных средах.
Будет выполнено численное решение системы уравнений Максвелла методом векторных конечных элементов в трехмерных областях, неоднородных по электромагнитным свойствам в случае стационарной системы уравнений Максвелла с краевыми условиями естественного типа соответствующими физической модели "проводник в изоляторе".
Будет разработан аналитический (без использования сеток) метод для расчета сейсмических волновых полей в средах с произвольной блоковой геометрией. Алгоритм будет основан на спектральных разложениях решения по пространственным и временным частотам. Поскольку полного разделения переменных здесь уже не происходит, возникают обыкновенные матричные дифференциальные уравнения. Их решения будут построены аналитически. В итоге получен алгоритм, позволяющий моделировать волновые поля для блоковой геометрии сред без каких либо ограничений на размер включений. Расчет функций Грина позволяет, в случае необходимости размножать волновые поля для произвольного количества источников без дополнительных вычислительных затрат.
Будет создан параллельный алгоритм пошагового метода Лагерра для решения динамических задач теории упругости в случая двумерно неоднородных моделей сред. Выполнена программная реализация разработанного алгоритма на гибридных параллельных вычислительных системах.
Будет проведена серия численных экспериментов с целью исследования взаимодействий упругих волн с криволинейной свободной границей.
С помощью метода подсеточного моделирования будут получены уравнения для эффективных коэффициентов в уравнениях Максвелла, если проводимость и диэлектрическая проницаемость описываются коррелированными мультипликативными стохастическими каскадами. Будет создано программное обеспечение и проведены численные расчеты трехмерных задач для проверки полученных теоретических результатов.
Будет выполнена разработка параллельных алгоритмов и программ для задач скважинной геоэлектрики и их реализация на GPU. Будут усовершенствованы методы решения, используемые для последовательных вариантов данных программ
Будет создан электронный атлас очагов дальневосточных цунами с получением их основных параметров. Будут разработаны численные модели сильнейших цунами Тихоокеанского региона. Будет изучена кинематики волновых фронтов на модельных данных и на записях реальных цунами. Будут разработаны алгоритмы интеграции моделей, описывающих волновые процессы в океане в различных пространственно-временных масштабах. Будет уточнены каталоги известных и предполагаемых импактных структур плейстоцен-голоценового возраста по диаметру и возрасту структур.

Руководитель: ак. Б.Г. Михайленко.
Лаборатория численного моделирования сейсмических полей.


Стратегические информационные технологии, включая вопросы создания суперкомпьютеров и разработки программного обеспечения

I.3.1.4. Развитие теории и разработка математических моделей и методов мониторинга, анализа и оптимизации систем сетевой структуры
Развитие теории и разработка математических моделей и методов мониторинга, анализа и оптимизации систем сетевой структуры
Развитие математических моделей систем сетевой структуры.
Разработка математических моделей и методов мониторинга, анализа и оптимизации систем сетевой структуры.
Развитие математических моделей систем сетевой структуры.
Исследования в области нестационарных S-гиперсетей, характеристики связности и живучести;
Математическое и имитационное моделирование информационных процессов и потоков в системах информатики;
Развитие специальных методов вычислений в линейном программировании.
Исследование методов анализа сетей цитирования в распределенных библиографических базах данных (РББД).




12 911



Редактирование и выпуск ежеквартального научного журнала «Проблемы информатики».
Организация и проведение ежегодных Международных Азиатских школ - семинаров «Проблемы оптимизации сложных систем».
Подготовка и выпуск монографий:
Редактирование и выпуск ежеквартального научного журнала «Проблемы информатики».
Организация и проведение ежегодных Международных Азиатских школ - семинаров «Проблемы оптимизации сложных систем».
Подготовка и выпуск монографий:
«Живучесть систем сетевой структуры» , «Теория гиперсетей и ее применение».
Будет проведено развитие теории нестационарных S-гиперсетей и разработка аналитических и эволюционных методов моделирования, анализа и оптимизации систем сетевой структуры;
Будет проведена разработка аналитических и имитационных моделей и методов для оценки структурных характеристик надёжности и живучести сетей, в частности анализ связности объектов РИВС;
Будет проведена разработка методов решения ряда задач теории телетрафика, связанных с минимизацией потерь пакетов в сетях.
Будет проведена разработка двойственных алгоритмов линейного программирования с возможностью векторизации вычислений.
Будет разработан метод упорядочивания элементов РББД, учитывающий весовые отношения между элементами и реализован алгоритм ранжирования сетевых объектов.



Руководитель: д.ф.-м.н. В.К. Попков.
Лаборатория прикладных систем.



Стратегические информационные технологии, включая вопросы создания суперкомпьютеров и разработки программного обеспечения

Использование разработанных методов и алгоритмов в практике проектирования сетей различного назначения и их оперативного управления.
В частности в НИИ и КБ
Министерства связи, Министерства обороны, МЧС, Министерства транспорта, РЖД, Газпрома, Роснефти, финансовых организациях и др.
Кроме того, полученные результаты могут использоваться при развитии и эксплуатации инженерных сетей городов и территорий РФ.


I.4. Высокопро-изводитель-ные вычис-ления

Разработка методов, алгоритмов и средств конструирования параллельных программ численного моделирования для пета- и экза-флопсных суперкомпьютеров
Создание эффективных методов и передовых технологий математического моделирования, базирующихся на методе частиц, трубок тока и алгоритмах параллельных вычислений, обеспечивающих возможности решения прикладных и фундаментальных стационарных и нестационарных задач в многомерных областях со сложной геометрией.
Развитие суперкопьютерных технологий ЦКП ССКЦ СО РАН, необходимых для разработки алгоритмов управления ЭВМ пета- и экзафлопсного уровня производительности и моделирования вычислительных процессов при исполнении больших параллельных программ на суперЭВМ.
24 287
25 280
25 280
Будут разработаны методы, алгоритмы и средства конструирования параллельных программ численного моделирования для пета- и экза-флопсных суперкомпьютеров
Будут созданы эффективные методы и передовые технологии математического моделирования, базирующихся на методе частиц, трубок тока и алгоритмах параллельных вычислений, обеспечивающие возможности решения прикладных и фундаментальных стационарных и нестационарных задач в многомерных областях со сложной геометрией.
Будут развиты суперкопьютерные технологии ЦКП ССКЦ СО РАН, необходимые для разработки алгоритмов управления ЭВМ пета- и экзафлопсного уровня производительности и моделирования вычислительных процессов при исполнении больших параллельных программ на суперЭВМ.
Стратегические информационные технологии, включая вопросы создания суперкомпьютеров и разработки программного обеспечения.

I.4.1.1.Технологии, языки высокого уровня и средства параллельной реализации задач численного моделирования на пета- и эксафлопсных супер-ЭВМ
Методы, алгоритмы и средства конструирования параллельных программ численного моделирования для пета- и экза-флопсных суперкомпьютеров.
Разработка языка высокого уровня для описания поведения и распределения ресурсов прикладной параллельной фрагментированной
1.2.1.Разработать модернизированные алгоритмы и реализовать пилотную версию системы LuNA для пета- и экза-флопсных мультикомпьютеров.
1.2.2. Разработать методику программирования распределенных неоднородных вычислительных систем.
Разработка и исследование клеточно-автоматных моделей нелинейной пространственной динамики с использованием технологии параллельного программирования
Разработка и исследование Клеточно-автоматных-моделей процессов самоорганизации.
2.2.1. Разработать блочно-синхронные модификации и асинхронные клеточно-автоматные -модели процессов формирования устойчивых образов (2D и 3D случаи).
2.2.2. Построить параллельную композицию клеточных автоматов для моделирования взаимодействий организмов оз. Байкал.


7 939


Цель работ– подготовить базу системных локальных распределенных алгоритмов для разработки языка и системы параллельного программирования для экза-флопсных мультикомпьютеров. Основное приложение системы – параллельная реализация алгоритмов сложных численных моделей большого размера и их параллельное исполнение.
1.2.1.Будет разработан входной язык высокого уровня и на его базе система параллельного фрагментированного программирования LuNA, позволяющий создавать программы численного моделирования неограниченной масштабируемости.
1.2.2.Будут разработаны принципиальные приемы программирования неоднородных распределенных вычислительных систем
2.2.1.Будут получены количественные критерии эквивалентности и эффективности параллельных реализаций асинхронных клеточных автоматов для формирования устойчивых структур и их блочно-синхронных модификаций.
2.2.2.Будет создана клеточно- автоматная модель динамики организмов оз. Байкал для моделирования последствий загрязнения озера.

Научный руководитель: д.т.н. В.Э. Малышкин


Лаборатория синтеза параллельных программ.

Стратегические информационные технологии, включая вопросы создания суперкомпьютеров и разработки программного обеспечения.

Основные потребители – РАН, вузы, производства использующие технологически сложные процессы (катализ, фармакология, плазма и т.п.).


I.4.1.2. Математи-ческое моделирова-ние сложных природных процессов с использова-нием параллельных и распределен-ных вычислений

создание эффективных методов и передовых технологий математического моделирования, базирующихся на методе частиц, трубок тока и алгоритмах параллельных вычислений, обеспечивающих возможности решения прикладных и фундаментальных стационарных и нестационарных задач в многомерных областях со сложной геометрией;
проведение серии теоретических исследований и вычислительных экспериментов на супер-ЭВМ ССКЦ при ИВМиМГ СО РАН для нахождения оптимальных параметров вычислительных алгоритмов;
создание численных моделей, алгоритмов и программ для решения многомерных задач и исследования с их помощью различных физических процессов.
Разработка новых алгоритмов и технологий для решения задач электрофизики .
Разработка алгоритмов и технологий расчета протяженных систем, формирующих и транспортирующих интенсивные пучки заряженных частиц.
Разработка алгоритмов и технологий расчета интенсивных пучков заряженных частиц в электронно-оптических системах с наличием неоднородностей.
Продолжение работ по моделированию электромагнитных полей в частотной области и движению заряженных тел в электромагнитных полях.

10 900


Планируемый результат выполнения работы состоит в следующем:
В области математического моделирования на основе метода частиц планируется создание численных моделей, параллельных алгоритмов и кодов для решения задач эффекта встречи в суперколлайдере, взаимодействия лазерного импульса с плазмой, получения аномальной теплопроводности при нагреве плазмы электронным пучком в установках УТС. Планируется изучение свойств метода частиц и его различных модификаций, создание наиболее эффективных вариантов метода, позволяющих вести расчеты конкретных трехмерных задач физики разреженной плазмы и астрофизики. С целью развития моделей, характеризующихся большой ролью гравитационной неустойчивости, планируется разработка и расширение специализированных численных моделей, параллельных алгоритмов и комплексов программ для моделирования столкновения галактик в газодинамическом приближении с учетом процессов потери массы и охлаждения в трехмерной постановке в декартовых координатах, расчете задачи тепломассопереноса в континентальной коре в условиях гравитационной неустойчивости. Для получения значимых результатов моделирования потребуется создать параллельные версии программы. В том числе и для гибридного суперЭВМ.
Будут разработаны новые алгоритмы и технологии для решения задач электрофизики, включая расчет протяженных систем, формирующих и транспортирующих интенсивные пучки заряженных частиц, электронно-оптические системы с резкими неоднородностями, электромагнитные поля в частотной области и движение заряженных тел в электромагнитных полях.

Научные руководители: д.ф.-м.н. В.А. Вшивков, д.ф.-м.н. В.М. Свешников.

Лаборатория вычислительной физики.
Лаборатория параллельных алгоритмов решения больших задач.

Стратегические информационные технологии, включая вопросы создания суперкомпьютеров и разработки программного обеспечения



Область применения результатов разработки параллельных алгоритмов и программ для супер-ЭВМ:

Для моделирования взаимодействия лазерного импульса с плазмой, для моделирования динамики ультрарелятивистских пучков заряженных частиц, для моделирования турбулентности при взаимодействии электронного пучка с плазмой в установках УТС, для решения задач физики плазмы.

Для моделирования нестационарных астрофизических процессов в трехмерной постановке, в том числе динамики астрофизических газовых объектов для гибридной суперЭВМ, процесса звездообразова-ния, химодинамиче-ской модели, замагниченных астрофизических объектов, взаимодействия различных типов галактик.
Для моделирования задач геодинамики и геофизики с учетом многофазности, сжимаемости и реологических свойств.


I.4.1.3. Развитие суперкомпьютерных технологий и методов моделирования архитектур и алгоритмов для пета- и эксафлопсных супер-ЭВМ
Развитие суперкопьютерных технологий ЦКП ССКЦ СО РАН, необходимых для разработки алгоритмов управления ЭВМ пета- и экзафлопсного уровня производительности и моделирования вычислительных процессов при исполнении больших параллельных программ на суперЭВМ.








5 448



Выбор конфигурации суперкомпьютера для ЦКП ССКЦ на основе анализа проведенных исследований исполнения больших параллельных программ.
Создание, на основе имитационной модели, прототипа системы управления потоком параллельных заданий для ЦКП ССКЦ СО РАН.
Реализация на ЦКП ССКЦ вычислительных алгоритмов различных классов (прямые и обратные задачи вычислительной математики, решаемые с помощью сеточных методов, метод статистических испытаний с зависимыми измерениями, задачи дискретной оптимизации и др.) для проведения измерений, необходимых для настройки имитационных моделей.
Построение и исследование имитационных и аналитических моделей алгоритмов работы со сверхбольшими базами данных, предусматривающими интенсивные обмены с внешней памятью.
Исследование способов описания архитектур вычислительных систем и методов отображения структур программ на эти архитектуры.
Проведение имитационных экспериментов на моделях вычислительных алгоритмов и алгоритмов управления вычислительным процессом с подстановкой данных о различных архитектурах суперЭВМ с целью оценки их перспективности для решения различных классов задач.
Модификация разработанных алгоритмов и программ по результатам экспериментальных исследований. Подготовка программной документации и сдача разработанного программного обеспечения в фонд алгоритмов и программ.



Научные руководители: д.т.н. Б.М. Глинский, д.т.н. А.С. Родионов

Лаборатория Сибирский Суперкомпью-терный Центр.
Лаборатория моделирования динамических процессов в информационных сетях.


Стратегические информационные технологии, включая вопросы создания суперкомпьютеров и разработки программного обеспечения

Проект СО РАН «СуперЭВМ»

I.2. Вычислительная математика.

I.3. Математи-ческое модели-рование.

I.4. Высокопро-изводительные вычисления

Поддержка ССКЦ КП СО РАН.

Обеспечение исследователей - сотрудников СО РАН, Университетов и ВУЗов Сибири, ЦКП «БИОИНФОРМАТИКА», Федеральных целевых научных и научно-технических программ, Интеграционных проектов СО РАН, грантодержателей РФФИ, Миннауки России и Минобразования России современными высокопроизводительными вычислительными ресурсами.
6000
6000
6000
Будут обеспечены потребности в суперкомпьютерных ресурсах многих исследователей, а именно, сотрудников СО РАН, Университетов и ВУЗов Сибири, ЦКП «БИОИНФОРМАТИКА», Федеральных целевых научных и научно-технических программ, Интеграционных проектов СО РАН, грантодержателей РФФИ, Миннауки России и Минобразования.
Стратегические информационные технологии, включая вопросы создания суперкомпьютеров и разработки программного обеспечения

I.2. Вычислительная математика.

I.3. Математи-ческое модели-рование.

I.4. Высокопро-изводительные вычисления

Поддержка издания научного журнала:
Сибирский журнал вычислитель-ной математики.
444
444
444
Научная экспертиза рукописей статей, верстка и издание печатной продукции.
Стратегические информационные технологии, включая вопросы создания суперкомпьютеров и разработки программного обеспечения

I.2. Вычислительная математика.

I.3. Математи-ческое модели-рование.

I.4. Высокопро-изводительные вычисления

Обеспечение научных исследований
47587
51414
51414
Организационная и инфраструктурная поддержка выполнения проектов ФНИ, а именно:
- вычислительной математики,
- математического моделирования и методов прикладной математики,
- параллельных и распределенных вычислений,
- информационных систем.
Стратегические информационные технологии, включая вопросы создания суперкомпьютеров и разработки программного обеспечения

     

Утверждено Ученым советом
Протокол заседания Ученого совета № 8 от «4» октября 2013 г.

МП Директор
ИВМиМГ СО РАН
академик ____________________________Б.Г. Михайленко













Заголовок 2 Заголовок 715

Приложенные файлы

  • doc 4070728
    Размер файла: 179 kB Загрузок: 0

Добавить комментарий