В докладе будут представлены результаты решения задач в области вычислительной астрофизики. Будут рассмотрены задачи моделирования внегалактических релятивистских струй, эволюция и взаимодействие белых карликов с последующим взрывом термоядерных сверхновых, процессов звездообразования. Будут разобраны особенности математических моделей, параллельных вычислительных методов и параллельных реализаций, результаты вычислительных экспериментов по решению приведенных задач, а также перспективы развития вычислительных моделей.

Исследуется вопрос об эффективных алгоритмах построения границ опухолей головного мозга по снимкам МРТ четырёх модальностей. Исследованы различные архитектуры нейросетей с двухмерным и трёхмерными входами. В сравнении участвовали архитектуры LinkNet, nnU-net, DMFnet и TransBTS. Качество nnU-net (3х-мерный подход) превосходит все остальные архитектуры. Представлен Сибирский набор данных по опухолям мозга, позволяющий разрабатывать и оценивать алгоритмы автоматической сегментации. Полученные результаты апробированы на международном конкурсе BraTS'2021 по сегментации опухолей мозга.

В этой сессии мы рассмотрим, каким образом менялись форматы распространения приложений последние десятилетия. Что такое Операционная Система и зачем она нужна. Что такое Виртуальная Машина и зачем нам Контейнеры такие как Docker. Как масштабировать ваше приложение на тысячи узлов на примере Kubernetes.

В докладе рассматривается люминесцентный отклик нового металл-органического каркаса, построенного из оксоциркониевых кластеров и дикарбоксилатного производного 2,1,3-бензоксадиазола, на присутствие аминов и аммиака в субмикромолярных концентрациях. С использованием квантово-химических методов было исследовано взаимодействие молекулы аммиака с линкером каркаса. Моделирование основного и возбужденного состояния выявило значительный перенос заряда в процессе эмиссии, что, вероятно, является основной причиной увеличения интенсивности флуоресценции каркаса в присутствии аммиака и аминов.

В докладе будут представлены основные новейшие решения для рынка HPC в области процессоров, ускорителей вычислений, периферийного оборудования. Также будут представлены основные тенденции в области программных сервисов с помощью которых высокопроизводительные вычисления могут стать доступными большей аудитории исследователей.

В докладе анализируются две математические модели распространения COVID-19: агентно-ориентированная модель и модель камерного типа SEIR-HCD. Модели характеризуются своими параметрами, которые индивидуальны для конкретного региона и штамма вируса, постоянно обновляются и имеют большой статистический разброс. Особенности моделирования распространения COVID-19 связаны с необходимостью: - постоянного решения больших обратных задач, а именно задач идентификации параметров моделей по некоторой дополнительной информации о процессе распространения заболевания; - обрабатывать эпидемиологические данные (количество протестированных, выявленных, умерших и т.д.), которые являются неточными, неполными и постоянно меняются в зависимости от смены подсчета статистики; - выбора математической модели из их многообразия в зависимости от временного интервала и интересующим показателям; - использования разнообразных методов, начиная с классических (квазиньютоновские, оптимизации, тензорной алгебры) и заканчивая природоподобными алгоритмами (методы дифференциальной эволюции, роя частиц), байесовскими подходами и другими методами искусственного интеллекта (нейронные сети). В качестве примера приведены результаты моделирования и сценарии развития распространения COVID-19 в Новосибирской области, полученные с использованием ресурсов ССКЦ СО РАН.

Обсуждается проблематика нетрадиционных моделей вычислений: функциональные, сентенциальные и ассоциативные модели. Более подробно рассматривается модель В. С. Бурцева как один из наиболее развитых подходов к реализации эффективных ассоциативных вычислений. Особое внимание уделено вопросу осуществимости совместного использования различных моделей при разработке единой программной системы — можно или нет избежать эклектики и известных ее проблем при таком совмещении?

В работе представлена реализация модели ассоциативных вычислений (STAR-машина) на графических ускорителях. Обоснована эффективность этой реализации: реализация на GPU обладает ассоциативными свойствами в слабом смысле. Это подтверждается как теоретическими оценками, так и вычислительным экспериментом. Далее приводятся рекомендации по адаптации и оптимизации ассоциативных алгоритмов под выполнение на GPU. На графе с 5000 вершин адаптированный под GPU ассоциативный алгоритм транзитивного замыкания графа выполняется быстрее в 2 378 раз по сравнению с последовательным алгоритмом.

Группа компаний РСК - ведущий российский разработчик и интегратор суперкомпьютерных решений, существует с 2009 года. Аппаратные платформы РСК позволяют создавать энергоэффективные и компактные вычислительные комплексы за счет использования технологий жидкостного охлаждения.
Последние годы развивается направление, связанное с высокопроизводительными системами хранения данных - в первую очередь на основе твердотельных накопителей с интерфейсом NVMe. Все более важным компонентом решения становится система управления и оркестрации, кто позволяет гибко управлять программной конфигурацией комплекса в зависимости от решаемых задач.

Одной из проблем, стоящих перед современной наукой, является оценка будущих изменений климата и их последствий для окружающей среды. Экосистемы Сибири и Арктического побережья восточной России наиболее чувствительны к изменению климата и к антропогенным воздействиям. Наиболее заметными последствиями климатических изменений в Арктике является таяние морского льда, деградация многолетнемерзлых толщ, приводящая к разрушению инфраструктуры полярных регионов, миграция на север границы лесной растительности. Оттаивание как материковой, так и шельфовой мерзлоты сопровождается выбросами в атмосферу парниковых газов и окислением вод Северного Ледовитого океана. Для анализа последствий климатоэкологических изменений в этом регионе необходимо изучение физических механизмов, определяющих состояние многокомпонентной климатической системы. Для получения оценок возможных изменений природной среды в мире широко используются физико-математические модели, прогнозирующие будущее состояние компонентов климатоэкологической системы на основе сценарных расчетов.
В ИВМиМГ СО РАН разработан программный комплекс [1], включающий ряд моделей компонент климатической системы, связанных посредством специального блока взаимодействия. Атмосферный блок представляют численные модели атмосферы PlaSim [2] и, в перспективе, INMCM [3], включающие также блоки суши и растительности. Океан представлен системой вложенных моделей океана различного разрешения и уровня параметризации физических процессов, включая модель SibCIOM в приложении к Мировому океану [4] и к Северному Ледовитому океану и Северной Атлантике [5], а также модель SibPOM в применении к ряду окраинных морей России [6] с учетом морского льда (CICE-3, LANL) и речного стока.
В докладе обсуждаются результаты численного моделирования. Анализ динамики ледового поля Арктики показал, что одним из наиболее эффективных факторов, способствующих редукции морского льда, являются процессы с временным масштабом атмосферных блоков [7]. При рассмотрении термодинамических процессов мы пришли к выводу, что наиболее значительные изменения в связи с климатическим трендом в поле льда происходят вследствие изменений, вызванных потоками длинноволнового излучения. При увеличении приземной температуры растет влажность воздуха вблизи поверхности океана, а в результате более значительная часть излученной поверхностью длинноволновой радиации отражается влажным воздухом обратно, создавая подобие парникового эффекта. Кроме того, установлена взаимосвязь основных структур атмосферной циркуляции с формированием и редукцией льда, включая возможные обратные связи. На основе ЕОФ анализа выявлены тенденции изменчивости атмосферного форсинга и степень его влияние на систему океан-лед [6,7,8].
Обсуждаются также некоторые аспекты роста устойчивых режимов циркуляции в средних широтах, рассмотрены такие режимы, как стационарные волновые структуры и блокинги и как они могут меняться в условиях изменения климата [9]. Арктическое потепление рассматривается как один из нескольких факторов, влияющих на динамику атмосферы. В средних широтах долговременные экстремальные явления, блоки, обычно связаны с сохранением определенных режимов циркуляции и экстремальные явления также часто связаны с такими режимами. Блоки часто проявляют большую антициклоническую аномалию и обращают зональное течение так, что в некоторой части заблокированной области появляются восточные ветры, а обычный западный поток прерывается на длительный период (неделя или дольше), эти события часто связаны с экстремальной погодой.

В настоящее время для исследования взаимодействия малых молекул с биомакромолекулами часто используют молекулярный докинг. Данный подход имеет как свои преимущества, так и недостатки. К основным его недостаткам можно отнести тот факт, что молекулярный докинг использует скоринговые функции вместо расчёта реальных внутримолекулярных и межмолекулярных взаимодействий. Так же следует отметить то, что метод молекулярного докинга не подходит для описания взаимодействий малых молекул с биомакромолекулами в случае реализации различных вариантов коллективных взаимодействий.
В случае образования в растворе супрамолекулярных комплексов малыми молекулами, и взаимодействия уже сформированных комплексов с биомакромолекулами, использовать метод молекулярного докинга не представляется возможным. В таком случае динамику образования супрамолекулярных комплексов с биомакромолекулами можно исследовать с помощью методов молекулярной динамики в режиме свободной диффузии.
Молекулярная динамика в режиме свободной диффузии предполагает получение длинных молекулярных траекторий исследуемой системы, состоящей из изучаемой биомакромолекулы и периодического водного бокса содержащего малые молекулы. В частности, данный подход позволяет предсказать наличие в растворе супрамолекулярных комплексов малых молекул, а так же позволяет провести экспериментальную верификацию полученных результатов.
Данный подход показал свою эффективность и был пробован на различных молекулярных системах, а так же применён к другим системам.

В докладе представлены результаты проведённых нашей группой в 2020 году исследований механизмов химических реакций с помощью методов квантовой химии с использованием вычислительных ресурсов ЦКП ССКЦ СО РАН. В частности, будут рассмотрены следующие результаты, опубликованные в журналах Q1:
1) Установлен механизм реакции β,γ’-трикетонов с пероксидами. Обнаружено, что термодинамическим продуктом является трициклический трипероксид, однако ведущее к нему переходное состояние дестабилизировано обратным α-эффектом, из-за чего реакция останавливается на трициклическом дипероксиде. Данный результат открывает доступ к направленному синтезу новых классов органических пероксидов, которые могут обладать биологической активностью.
2) Установлен механизм нестандартной клик реакции с отсутствующим кинетическим изотопным эффектом. Было установлено, что каталитической частицей в данной реакции выступает четырехъядерный медь-пиразолат-алкиновый комплекс, который настолько эффективно снижает энергию переноса протона с ацетилена (образования ацетиленида меди), что скорость-лимитирующей стадией становится замыкание первой связи C-N (с образованием медь-содержащего шестичленного цикла).
Также будут представлена часть полученных в 2020 году, но ещё не опубликованных результатов.

В докладе рассматривается взаимодействие малых кластеров серебра Agn (n<10) с поверхностью оксидов кремния и церия. SiO2 явлется ковалентным оксидом, характеризующимся высокой химической энертностью и термической стабильностью. В качестве центров адсорбции рассматривались парамагнитные дефекты поверхности, а именно, немостиковый кислород (NBO) и координационно ненасыщенный атом кремния (Е'). Адсорбция на данных центрах ведет к образованию сильной ковалентной связи Ag-O или Ag-Si и окислению кластеров серебра до состояния Agn+. Как результат, кластеры серебра (Ag3, Ag4 и Ag7) воспроизводят структурные, электронные и химические характеристики свободных катионных кластеров. Схожесть характеристик адсорбированных и свободных катионных кластеров демонстрируется на примере их взаимодействия с молекулярным кислородом. Показано, что адсорбированные на поверхности SiO2 кластеры серебра обладают низкой способностью диссоциировать О2. В отличии от SiO2, оксид церия демонстрирует высокую химическую активность, определяемую прежде всего его окислительно-восстановительными свойствами. Была изучена адсорбция атома серебра и кластеров Ag3 и Ag4 на гранях {100} и {111} наноразмерного кластера СеО2, моделируемого частицей Се21О42. Показана предпочтительность адсорбции кластеров серебра на грани {100}, при этом энергия адсорбции растет в ряду Ag1 < Ag3 < Ag4. Адсорбция на СеО2 ведет к окислению частиц серебра до окислительного состояния 1+ (Ag1, Ag3) и 2+ (Ag4) и, частичному восстановлению оксидной подложки - образование Се3+ центров.
Изучение стабильности адсорбированных частиц оказывает предпочтительность существования на грани {100} отдельных атомов серебра, тогда как на грани {111} атомы Ag склонны к образованию кластеров.
Расчеты выполнялись в рамках метода функционала плотности в периодических граничных условиях (СеО2) и с помощью гибридного КМ/ММ метода covEPE. Детали последнего представлены в докладе.

В докладе представлены результаты обоснования новой геофизической технологии изучения геологической среды с использованием вычислительных ресурсов ЦКП ССКЦ СО РАН. Рассматривается метод импульсного электромагнитного зондирования для каротажа скважин и межскважинного просвечивания применительно к решению промысловых и инженерных геофизических задач. Проведено масштабное численное моделирование электромагнитных сигналов в реалистичных геологических моделях с пространственно-распределенной системой наклонно-горизонтальных скважин. Результаты моделирования позволили оценить возможности метода и выполнить оптимальное проектирование конфигураций зондирующих установок. Приведены примеры импульсного электромагнитного зондирования для прослеживания латеральных неоднородностей баженовской свиты и мониторинга криолитозоны.

Доклад посвящен прикладной проблеме библиометрии: анализу структуры научного сотрудничества на основе сетей соавторства. Сети соавторства конструируются для различных виртуальных коллективов, таких как исследователи, институты или страны. Важной темой исследования является определение силы связей соавторов в соответствии с их вкладами. Изучается сеть, узлы которой соответствуют авторам публикаций, связь между двумя авторами устанавливается в том случае, если у них есть хотя бы одна совместная публикация. Приведены результаты вычислительного эксперимента, основанного на данных, извлеченных из БД RePEc.

В докладе будет рассмотрено решение ряда практических геофизических задач, алгоритмы и программы которых были отлажены на ресурсах ЦКП ССКЦ: НКС-1П и НКС-30Т(GPU). Часть работ связана с созданием программного обеспечения для решения прямых задач – моделирование показаний конкретных приборов для каротажа (ЗЭТ, ВИКИЗ, БКЗ). Другая часть (также прямые задачи) связана с наземной геоэлектрикой (ВЭЗ, электротомография) и магниторазведкой.

Представляется математическая модель, учитывающая топологию узлов ЭВМ и связи алгоритма, и соответствующая программа, позволяющие получить оценки масштабируемости и способы распараллеливания алгоритма до разработки и тестирования вычислительного приложения.