CC BY
896 Суперкомпьютерные вычисления и программирование
Концепция модельного времени развивающихся систем
И. Н.Скопин
Институт вычислительной математики и математической геофизики CO РАН,
Новосибирский государственный университет
Email: iskopin@gmail.com
DOI: 10.24412/cl-35065-2022-1-01-31
Исследования, связанные с моделированием, сегодня являются одними из наиболее существенных потребителей вычислительных ресурсов. Качество таких исследований непосредственно зависит от того, в какой мере обеспечивается их ресурсная потребность. А среди всех видов моделирования наиболее чувствительным к обеспеченности ресурсами является моделирование развивающихся систем, которое предусматривает отражение изменений реальной системы во время ее существования. Процессы, обеспечивающие развитие, начинаются, выполняются и завершаются в определенных временных рамках, что само по себе указывает не только на необходимость моделирования времени, но и на зависимость качества решений от ресурсной обеспеченности. Здесь важны не столько минуты, часы, и др., сколько такие свойства, как взаимовлияние и синхронизация поведения элементов системы, развитие под воздействием событий, внешних по отношению к моделируемой системе или продуцируемых ее элементами. Иными словами, на модельном уровне более существенны взаимодействия элементов, чем моменты абсолютного времени, когда эти взаимодействия происходят. Качество моделирования зависит от согласованности взаимодействий со схемой отражения времени в модели, т.е. от адекватности модельного времени.
Адекватность модельного времени важна для любого подхода к изучению процессов и явлений. Но для развивающихся систем оно приобретает особое значение. Общей задачей в их исследованиях является реконструкция или имитация поведения системы. Ошибки при ее решении зачастую приводят как к неверным результатам расчетов, так и к нерациональному расходованию вычислительных ресурсов. Последнее может лишить всех потенциальных преимуществ, на которые рассчитывают при использовании суперкомпьютерных вычислений. Для исключения таких ошибок, необходима особая концепция модельного времени, регламентирующая проектные решения и гарантирующая их корректность.
Главной целью предлагаемого доклада является построение и обоснование требуемой концепции. Ей подчиняется структура изложения. Сначала даются сведения о типах представлений времени, используемых при моделировании, и уточняются понятия, характеризующее систему как развивающуюся. Затем описывается метод определения времени в моделях развивающихся систем, использующий механизм событий. Этот метод является основой предлагаемой концепции, изложение которой сводится к следующему: формализованное представление оперирования информацией, относящейся к модельному времени; понятие развития элемента и его состояний; обоснование использования локальных времен элементов модельной системы при событийной организации взаимодействий; доказательство достаточности использования частичной упорядоченности событий для определения локального времени элементов и глобального времени при событийном управлении.
Принято считать, что механизм синхронизации событий должен удовлетворять требованию локального ограничения причинной связи, обеспечивающего для модельного времени имитацию естественного порядка событий "от причины - к следствию". Понятно, что никакой формализм не гарантирует автоматическое выполнение этого требования. Наша формализация не исключение. Однако используя ее, разработчик будет точно знать, какие свойства модельной системы нужно проверять для верификации ее
Секция 5 97
корректности. В этом состоит преимущество предлагаемого подхода по сравнению с другими концептуально близкими приемами и методами, моделирующими время.
Исследования, представленное в докладе, показало, что преодоление трудных проблем глобализации времени на основе мировых часов достижимо, если глобальное время рассматривать как сущность, вторичную по отношению к локальным временам элементов системы. Это позволило определить общие требования к инструментам программной поддержки конструирования моделей, учитывающие необходимость оптимизации модельных расчетов на суперкомпьютерах. В качестве перспектив подхода рассматривается разработка унифицированных шаблонов проектирования для достаточно общих методов построения моделей развития.
Библиотека реализации асоциативных вычислений на графических ускорителях cuSTAR: представление данных для задач биоинформатики
Т. В. Снытникова
Институт вычислительной математики и математической геофизики СО РАН
Email: snytnikovat@ssd.sscc.ru
DOI: 10.24412/cl-35065-2022-1-01-32
За последние несколько лет обработка генома стала широковостребованной задачей. Различными вариантами обраьотки занимаются как частные лаборатории (от ПЦР-тестов до генитических паспортов), так и научные коллективы. При этом и первые, и вторые обрабатывают большие объемы данных или за счет количества образцов, или за счет длинны этих образцов: от десятков тысяч до нескольких миллиардов нуклеотидов. Заметим, что огромная часть вычислений связана с поиском отдельных нуклеотидов или их последовательностей в большей последовательности или в большом числе последовательностей.
Для этого целесообразно использовать ассоциативные параллельные вычисления. Но ассоциативные архитектуры не представлены на рынке компьютерной техники в отличии от широкодоступных графических ускорителей. Библиотека cuSTAR была работана для реализации ассоциативных вычислинений на графических ускорителях. В данной работе предлагается метод организации данных, позволяющий использовать ассоциативные алгоритмы для решения различных задач, связаных с обработкой генома.
Исследование выполнено в рамках государственного задания ИВМиМГ СОРАН 0251-2021-0005.
Гибридный метод вычисления градиентов и метод расчета ограничителей градиента для повышения точности решения задач аэродинамики на неструктурированных сетках
А. В. Стручков, Р. Н. Жучков, А. С. Козелков
Российский федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики
Нижегородский государственный технический университет им. Р. Е. Алексеева DOI: 10.24412/cl-35065-2022-1-01-33
В работе рассматривается вопрос расчета градиентов газодинамических величин на неструктурированных сетках в задачах аэродинамики. Используется интерполяционный алгоритм Грина - Гаусса и метод наименьших квадратов с различными весами. Показано, что метод Грина - Гаусса дает хорошую точность на ортогональных сетках, но на неструктурированных сетках данный метод имеет недостаточную точность. В случае метода наименьших квадратов результаты существенно зависят от геометрии ячеек сетки.
