Прогресс в науке и бизнесе порождает неутолимый спрос на увеличение количества вычислительных ресурсов. Параллельное программирование –– это отличный способ для разработчиков ускорить работу своих приложений. В докладе будут представлены принципы написания высокопроизводительных ядер CUDA для графических процессоров NVIDIA. Рассмотрены основные аспекты архитектуры GPU и информация о выполнении SIMT, схемы доступа к глобальной и общей памяти, загруженность GPU и выявление узких мест. Также будут рассмотрены способы увеличения пропускной способности памяти за счет выравнивания обращений к памяти, стратегии повышения параллелизма в приложениях за счет улучшения параллелизма на уровне инструкций (ILP) и параллелизма на уровне потоков (TLP), ключевые техники скрытия задержек и максимизации общей пропускной способности программ на CUDA.

Доклад является представлением кандидатской диссертации. Представленный программный комплекс позволяет рассчитывать системы СДУ с осциллирующим решением как на ПК так и на супер-ЭВМ. Особенностью комплекса являются новые частотные характеристики, позволяющие получать новую информацию о поведении осциллирующего решения СДУ. Разработаны программные модули, при помощи которых исследовалось влияние случайных шумов на свойства и поведение различных нелинейных систем СДУ. Будет продемонстрирован численный анализ: * уравнения линейного осциллятора; * уравнения Ван-дер-Поля; * аттракторов Лоренца, Рёсслера; * несколько уравнений химических реакций; * уравнения движения заряженной частицы в магнитном поле; * уравнения связанных осцилляторов. В рамках численного анализа удалось проанализировать влияние шумов на свойства численного решения, выявить закономерности между интенсивностью внутреннего и внешнего шума и изменением рассматриваемых свойств. Проведен численный анализ математической модели практически важной задачи удержания заряженной частицы в магнитной ловушке.

В докладе будет представлен обзор современных и перспективных суперкомпьютерных архитектур как отечественного, так и иностранного производства. Также будет представлен обзор современных задач астрофизики и физики плазмы по материалам отечественных и зарубежных конференций второй половины 2024 года.

В докладе будет кратко рассказано о современном статусе космической обсерватории Миллиметрон и о научных задачах данной миссии в области астрофизики черных дыр. В частности, будут рассмотрены задачи наблюдения фотонных колец черных дыр, двойных черных дыр и кротовых нор.

Мы представляем программный пакет USPARS, разработанный для решения СЛАУ с большими разреженными матрицами коэффициентов. В нем использует метод Гаусса, и USPARS идейно во многом близок к уже существующим пакетам, однако имеется ряд отличий. Например, он включает в себя собственную компоненту перестановки элементов матрицы с целью уменьшения заполняемости треугольных факторов, надстройки в виде python-интерфейсов, расширяющие возможности пакета за счет питоновских библиотек. Также имеется версия полностью независимая от сторонних пакетов, таких как BLAS, LAPACK. На базе решателя СЛАУ разработана компонента для решения симметричной проблемы собственных значений. За счет тщательной оптимизации производительности пакета он является конкурентом популярным решателям таким как MKL PARDISO, MUMPS, что подтверждается численными примерами. С недавнего времени базовая компонента USPARS доступна пользователям сибирского суперкомпьютерного центра (ССКЦ), о чем также рассказывается в презентации.

We consider sewing machinery between finite difference and analytical solutions defined at different scales: far away and near the source of the perturbation of the flow. One of the essences of the approach is that coarse problem and boundary value problem in the proxy of the source model two different flows. In his remarkable paper Peaceman propose a framework how to deal with solutions defined on different scale for linear time independent problem by introducing famous, Peaceman well block radius. In this article we consider novel problem how to solve this issue for transient flow generated by compressiblity of the fluid. We are proposing method to glue solution via total fluxes, which is predefined on coarse grid and changes in the pressure, due to compressibility, in the block containing production(injection) well. It is important to mention that the coarse solution "does not see" boundary. From industrial point of view our report provide mathematical tool for analytical interpretation of simulated data for compressible fluid flow around a well in a porous medium. It can be considered as a mathematical "shirt" on famous Peaceman well-block radius formula for linear (Darcy) transient flow but can be applied in much more general scenario. In the article we use Einstein approach to derive Material Balance equation, a key instrument to define R0. We will enlarge Einstein approach for three regimes of the Darcy and non-Darcy flows for compressible fluid(time dependent): I:Stationary; II:P seudo Stationary(PSS); III:Boundary Dominated(BD):

В докладе будут сформулированы некоторые актуальные задачи релятивистской астрофизики. Будут приведены некоторые особенности вычислительной модели, формирующие новые вызовы к конструкции численной методики. Будет предложена дискуссия об использовании машинного обучения в решении задач релятивистской астрофизики. Будут приведены результаты вычислительных экспериментов по решению приведенных задач.

Доклад по материалам подготовленной диссертации на соискание учёной степени кандидата физико-математических наук по специальности 1.2.2 - "Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ". Исследование пористой среды неотъемлемо связано с измерением ее свойств. В случае сорбентов – это прочность и емкость, в случае матрицы породы – пористость, проницаемость и. т. д. Измерение этих свойств химическими или физическими методами является весьма ресурсоемкой задачей особенно, если речь идет о большом количестве образцов. Более того, использование некоторых методов приводит к разрушению образцов, что вызывает трудности в исследовании эволюции параметров. Работа с цифровым представлением лишена описанных недостатков. Для развития программно–алгоритмической составляющей методов численного моделирования эволюции пористых сред в процессе химических воздействий выполнены следующие задачи: 1. Разработан алгоритм численного моделирования спекания темплатного сорбента на основе зерен оксида кальция сферической формы с заданной пористостью и содержанием темплата. 2. На основе конечно-разностной аппроксимации системы уравнений Кана-Хиллиарда и Аллена-Кана разработан алгоритм численного моделирования спекания зернистых материалов с зернами произвольной формы для оценки изменения пористости и площади поверхности в процессе высокотемпературных воздействий. 3. Для оценки зависимости между параметрами химического растворения горной породы (перепад давления, скорость реакции, коэффициент молекулярной диффузии, водородный показатель) и изменениями ее топологии разработан алгоритм редукции трехмерного цифрового изображения, позволяющий существенно уменьшить время вычисления персистентных диаграмм

Разработан параллельный вычислительный алгоритм для модели двухфазной химически активной среды с лазерным излучением. Модель представляет собой систему уравнений Навье-Стокса в приближении малых чисел Маха для многокомпонентных реагирующих смесей, дополненную уравнениями химической кинетики, уравнением для интенсивности излучения, уравнениями для твердой фазы. При этом твердая фаза описывается в терминах концентраций частиц. Для их описания используются системы уравнений конвекции-диффузии-реакции, дополненные тепловыми слагаемыми от лазерного излучения и реакционными членами для соединений на поверхности. Общий алгоритм решения основан на схеме расщепления по физическим процессам: химические реакции, конвекция-диффузия, стационарный процесс для поправки к давлению. При построении вычислительного алгоритма для аппроксимации конвективных членов в уравнениях Навье-Стокса используется WENO схема. При расчете уравнений химической кинетики, уравнений для интенсивности излучения и температуры твердой фазы применяется подключаемый модуль RADAU5. Временные производные аппроксимируются явным образом. Данный подход гарантирует эффективность использования разработанной разностной схемы для параллельной реализации. Параллельный алгоритм основан на принципах геометрического параллелизма, для межпроцессорного взаимодействия используется стандарт MPI. Для получения информации об эффективности параллельного алгоритма проведены расчеты на последовательности измельчающихся сеток с разным количеством расчетных узлов. С использованием разработанного параллельного кода проведены расчеты течения двухфазной среды газ-твердые частицы с химическими реакциями легких углеводородов в газовой фазе и на поверхности частиц под влиянием лазерного излучения.

Бор нейтронозахватная терапия (БНЗТ) – это метод лечения онкологических заболеваний, основанный на использовании бора и нейтронов. Суть метода заключается в том, что в организм пациента вводится борсодержащее соединение, которое селективно накапливается в опухоли. Затем на опухоль направляются нейтроны, которые при столкновении с ядром бора вызывают высвобождение частиц, способных уничтожить раковые клетки. При этом здоровые ткани практически не повреждаются. БНЗТ является перспективным методом лечения рака, так как он позволяет достичь высокой эффективности при минимальном воздействии на здоровые ткани. Однако, для успешного применения метода необходимо точно рассчитать дозу облучения, чтобы избежать переоблучения или недостаточной дозы. Поэтому моделирование дозиметрии является одной из ключевых задач в развитии БНЗТ. В докладе представлены первые результаты дозиметрии с помощью кода NMC, выполнено сравнение полученных данных на синтетических тестах и на реальном эксперименте.

Со времен потрясающего воображение открытия – первой планеты за пределами Солнечной системы - было обнаружено несколько тысяч экзопланет, причем порядка 50% из них методом транзитной фотометрии. Помимо самого факта наличия экзопланет в звездной системе, этот метод дает обширную информацию о составе и плотности атмосфер экзопланет путем сканирования поглощения излучения при транзите планеты перед диском звезды в различных спектральных линиях. Кроме того, некоторые аспекты взаимодействия планетарного вещества с магнитным полем, а также со звездным ветром имеют четкие наблюдательные проявления. Чтобы выявить обусловленность наблюдательных проявлений конкретными физическими явлениями, необходимо привлекать численные модели, описывающие атмосферы экзопланет. Транзитные поглощения, воспроизведенные такими моделями, сравниваются с данными телескопов, и на основании сравнения делаются выводы о параметрах атмосферы и космической погоды вблизи экзопланет. В докладе освещается результаты численного моделирования транзитных поглощений в атмосферах горячих экзопланет в триплетной линии метастабильного гелия (1083 нм). Эта линия не претерпевает значительных искажений при прохождении через межзвездную среду или атмосферу Земли, что делает ее весьма подходящей для зондирования атмосфер горячих экзопланет. На данный момент получено несколько десятков транзитных поглощений в этой линии, в том числе спектрально разрешенных, для горячих экзопланет различных масс, размеров, вращающихся вокруг звезд различных возрастов и спектральных классов, и такое изобилие наблюдательных данных вызывает необходимость их качественной и количественной интерпретации.

Палладий известен своими каталитическими способностями и уникальными физическими свойствами. В основном он используется в автомобильной промышленности при производстве каталитических конвертеров для нейтрализации вредных примесей в выхлопных газах. Еще одним промышленно важным применением Pd может стать каталитическое окисление метана для производства пара, тепловой и электрической энергии в газотурбинных установках малой мощности (ГТУ). Такие установки могут быть использованы для автономной электрификации и теплоснабжения удаленных населенных пунктов, садовых товариществ, крупных промышленных, военных и прочих объектов, а также газодобывающих и нефтяных месторождений. Каталитическое сжигание топлива позволяет снизить температуру в зоне горения до беспрецедентно низкой 650-1200 К, что исключает образование NOx в этом процессе. В то же время использование катализаторов радикально снижает выбросы загрязняющих атмосферу продуктов неполного сгорания (СО, CH), за счет более полного окисления метана и одновременно позволяет существенно увеличить выход энергии. В последние 20 лет теория и практика каталитического сжигания топлив развивается во многих лабораториях мира. Ранее в Институте катализа было показано, что наиболее активными в реакции окисления метана являются палладиевые катализаторы. Однако при определенных условиях нанесенные палладиевые катализаторы характеризуются сложным поведением из-за фазовых превращений поверхности палладия из оксида в карбид и наоборот. В докладе будет представлено исследование методом DFT механизма реакции окисления метана на катализаторе Pd. Отдельно будет рассмотрено влияние подповерхностного углерода на протекание реакции.

В докладе приводится сравнительный анализ результатов трехмерного конечно-разностного моделирования сигналов российских зондов электрокаротажа: высокочастотного индукционного каротажного изопараметрического зондирования (ВИКИЗ), бокового каротажного зондирования (БКЗ) и нового электромагнитного зонда с тороидальными катушками. В рассмотренных геоэлектрических моделях варьируется число границ, толщина пласта-коллектора, электрическая контрастность разреза, геоэлектрические параметры скважины. Значения зенитного угла соответствуют вертикальным, наклонным и субгоризонтальным скважинам. Полученные результаты создают основу для решения задач геонавигации с использованием российских зондов электрокаротажа.

Получение ценных продуктов из химически инертного метана составляет одну из важнейших проблем современной газохимии. Для прямой переработки природного газа с целью получить востребованные водород, этилен, ацетилен в ИК СО РАН предложен подход, основанный на воздействии лазерного излучения на двухфазную газопылевую среду из метана и каталитических наночастиц. Лазерное излучение нагревает наночастицы, что запускает каталитические реакции активации метана и гомогенные реакции в газе. Нами проводятся экспериментальное изучение лазерного термокаталитического синтеза и его математическое моделирование с использованием коммерческих пакетов программ газодинамики и квантовой химии. Создана математическая модель двухфазной химически активной среды из газа и твердых ультрадисперсных частиц в поле лазерного излучения с детализированными процессами теплообмена между газом и частицами. Математическая модель представляет собой расширенную систему уравнений Навье-Стокса в приближении малых чисел Маха и нескольких температур, которая описывает динамику вязкой многокомпонентной теплопроводной среды с диффузией, химическими реакциями и подводом энергии посредством лазерного излучения. Разработанные численные модели и параллельные коды находят свое применение в создании новых технологий лазерной термохимии.

Открытые магнитные ловушки являются одним из направлений в решении проблемы удержания и нагрева плазмы в лабораторных экспериментах. Примером такой ловушки является установка САТ (ИЯФ СО РАН) с диамагнитным режимом работы системы. В данной работе представлена 2D численная модель диамагнитного режима открытой ловушки, основанная на кинетическом приближении для ионных компонент плазмы и инжектируемого пучка и гидродинамическом приближении для электронов (PIC-MHD). Для решения уравнений Власова используется метод частиц в ячейках. В программе использован новый метод решения уравнений движения заряженных частиц в электромагнитных полях, который позволяет точно вычислять траекторию и скорость заряженной частицы. Сложности расчетов по сравнению с другими модификациями метода Бориса при этом значительно не увеличивается. На основе созданной модели проведена проверка основных принципов диамагнитного удержания плазмы.

В докладе будет представлена часть диссертации на соискание учёной степени кандидат технических наук. Будут продемонстрированы: - построение системы с элементами имитационной оптимизации, включающими в себя: более продвинутую систему синхронизации событий, подсистему описания целей моделирования, набор программ оптимизации, систему наблюдения над исполнением имитационных моделей, хранилище данных результатов моделирования; - разработка математических моделей исполнения имитационных моделей на больших параллельных системах, для подтверждения корректности элементов имитационной оптимизации; - разработанный и реализованный алгоритм функционирования и взаимодействия модулей программного обеспечения системы имитационного моделирования, обеспечивающий сокращение времени имитационного эксперимента; - гибридная мультиагентная система имитационного моделирования. Так же в докладе будут показаны имитационные модели, предназначенные для тестирования разработанных алгоритмов управления различными системами.

Плазма является самым распространенным в природе состоянием вещества. Огромное многообразие форм, в которых она существует во Вселенной, определяется коллективными процессами, происходящими на временных масштабах, которые могут быть значительно короче, чем время парного взаимодействия отдельных зарядов. Эта сильно неравновесная материя, в которой спонтанно возникают и развиваются многочисленные неустойчивости, способна производить беспрецедентно большие плотности энергии в огромных пространственных масштабах во Вселенной и в мезоскопических масштабах в лабораторных установках. Прогресс лазерных технологий обеспечил доступ к интенсивностям электромагнитного поля, достаточным для генерации макроскопических количеств релятивистской плазмы в относительно компактных лабораторных экспериментах, и тем самым открыл путь к новым достижениям в различных областях физики, начиная от нелинейной динамики и нелинейной релятивистской оптики до (а) создания новых мощных источников излучения, (б) разработки альтернативных методов ускорения частиц, (в) лабораторной астрофизики высоких энергий, и наконец, (г) реальной возможности исследования плазмы, в которой существенными оказываются нелинейные явления квантовой электродинамики, такие как квантовая отдача и генерация электрон-позитронных пар. В своем докладе я расскажу о результатах крупномасштабного моделирования взаимодействия электромагнитного излучения экстремальной интенсивности с плазмой в ультрарелятивистском режиме, о достижениях в области лазерного ускорения частиц в плазме, о возможности медицинских и технологических применений ионных пучков, полученных в результате ускорения плазмы радиационным давлением.

В докладе будет представлен отчет о поездке на конференцию «Prospects for Low Frequency Radio Astronomy in South America» Ноябрь 2022, Аргентина. Будут представлены обзорно наиболее интересные доклады с конференции, особенности работы наиболее мощных сетей радиотелескопов Латинской Америки с точки зрения обработки данных. Отдельно будет выделена роль суперкомпьютеров в обработке наблюдений и дальнейшем численном моделировании. Также будут представлены наиболее актуальные, с точки зрения докладчиков, астрофизические задачи, которые могут быть сформулированы исходя из последних наблюдательных данных.