ПРОГРАММИРОВАНИЕ БЛИЖАЙШЕГО БУДУЩЕГО: КОНЦЕПЦИЯ И ПРАГМАТИКА

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

В статье рассматриваются концепция, архитектура и научно-организационные проблемы создания интегрированного программного обеспечения нового поколения, предназначенного для предсказательного моделирования в машиностроении, энергетике, материаловедении, биологии, медицине, экономике, природопользовании, экологии, социологии и др. Математические постановки включают в себя междисциплинарные прямые и обратные экстремально ресурсоёмкие задачи, решение которых осуществляется с помощью вычислительных методов и технологий масштабируемого распараллеливания путём гибридного программирования на гетерогенных суперкомпьютерах с распределённой и иерархической общей памятью. Концепция проекта содержит разработку инструментального вычислительного окружения, поддерживающего все стадии крупномасштабного машинного эксперимента: геометрическое и функциональное моделирование, генерацию адаптивных неструктурированных сеток различных типов и порядков, аппроксимацию исходных уравнений, решение возникающих алгебраических проблем, постпроцессинг получаемых результатов, оптимизационные методы для обратных задач, машинное обучение и принятие решений по итогам расчётов. Эффективная функциональность инструментального вычислительного окружения базируется на высокопроизводительных вычислениях и интеллектуализированных средствах работы с большими данными. Архитектура инструментального вычислительного окружения предусматривает автоматизированное расширение состава реализуемых моделей и применяемых алгоритмов, адаптацию к эволюции суперкомпьютерных платформ, дружественные интерфейсы и активное переиспользование внешних программных продуктов, согласованное участие различных групп разработчиков, что в совокупности должно обеспечить длительный жизненный цикл и востребованность создаваемой экосистемы широким кругом пользователей из различных профессиональных областей.

Об авторах

В. П. Ильин

Институт вычислительной математики и математической геофизики СО РАН; Новосибирский государственный технический университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: vestnik.ran@yandex.ru
Россия, Новосибирск; Россия, Новосибирск

Список литературы

  1. Ильин В.П. Вычислительная информатика: открытие науки. Новосибирск: Наука, 1991.
  2. Любимский Э.З., Поттосин И.В., Шура-Бура М.Р. От программируемых программ к системам программирования (российский опыт) // История информатики в России. Учёные и их школы, М.: Наука, 2003. С. 252−261.
  3. Ильин В.П. Сибирская информатика: школы Г.И. Марчука, А.П. Ершова, Н.Н. Яненко // История информатики в России. Учёные и их школы. М. Наука, 2003. С. 340–363.
  4. Ершов А.П., Ильин В.П. Пакеты программ – технология решения прикладных задач. Новосибирск: ВЦ СО АН СССР. Препринт № 121, 1978.
  5. Самарский А.А., Михайлов А.П. Математическое моделирование. М.: Физматгиз, 2002.
  6. Яненко Н.Н., Коновалов А.Н. Некоторые вопросы теории модульного анализа и параллельного программирования для задач математической физики и механики сплошной среды // Современные проблемы математической физики и вычислительной математики. М.: Наука, 1982. С. 200−217.
  7. Яненко Н.Н., Рычков А.Д. Актуальные проблемы прикладной математики и математического моделирования. Новосибирск: Наука, 1982.
  8. Cottrell J., Hughes T., Bazilevs Y. lsogeometric Analysis: Towards Integration of CAD and FEA. Wiley, Singaporeг, 2009.
  9. Ершов А.П. Альфа-язык. Энциклопедия кибернетики / Ред. В.М. Глушков. Киев: Глав. ред. УСЭ, 1974. С. 111−113.
  10. Benkner S., Lonsdale D., Zuma H.P. The HPF – Project: Supporting HPF for Advanced Industrial Application // Proceedings EuroPAR 99. V. 1685.
  11. DVM Systems. http//www.keldush.ru /dvm
  12. IESP/www/exascale.org/iesp
  13. Il’in V.P. Problems of Parallel Solution of Large Systems of Linear Algebraic Equations // J. Math. Sci. 2016. V. 216. № 6. P. 795–804.
  14. Dongarra J., Grigori L., Higham N.J. Numerical Algorithms for High Performance Computational Science // Phil. Trans. R. Soc. 2020. A 378.
  15. Ильин В.П. Как реорганизовать вычислительные науки и технологии // Вестник РАН. 2019. № 2. С. 232−242.
  16. Ильин В.П. Математическое моделирование: философия науки // Сб. науч.-попул. статей “Математика, механика и информатика”, 2017. С. 8−16.
  17. Ильин В.П. Математическое моделирование. Ч. 1. Непрерывные и дискретные модели. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2017.
  18. Il'in V.P. Artificial Intelligence Problems in Mathematical Modeling // Springer Nature Switzerland AG 2019 / V. Voevodin, S. Sobolev (eds.). RuSCDays 2019. CCIS 1129. P. 505−516.
  19. Il’in V.P. Integrated Computational Environment for Grid Generation Parallel Technologies // Springer Nature Switzerland AG 2020 / L. Sokolinsky, M. Zymbler (eds.). 2020. V. CCIS 1263. P. 58−68.
  20. Бутюгин Д.С., Ильин В.П. CHEBYSHEV: принципы автоматизации построения алгоритмов в интегрированной среде для сеточных аппроксимаций начально-краевых задач // Труды Международной конференции ПАВТ'2014. Челябинск: изд-во ЮУрГУ, 2014. С. 42−50.
  21. Dongarra J. List of freely available software for linear algebra on the web (2006). http://netlib.org/utk/people/JackDongarra/la-sw.htm
  22. Il’in V.P. On an Integrated Computational Environment for Numerical Algebra // Springer Nature Switzerland AG 2019 / L. Sokolinsky, M. Zymbler (eds.). PCT 2019. V. CCIS 1063. P. 91–106.
  23. Il’in V.P. The Integrated Computational Environment for Optimization of Complex Systems // Proceed. 2019 15th International Asian School-Seminar “Optimization Problems of Complex Systems (OPCS-2019)”. P. 65–67.
  24. Bastian P., Blatt M., Dedner A. et al. The Dune Framework: Basic Concepts and Recent Developments, Computers and Mathematics with Applications, 2020. DOI.org/10.1016/j.camwa.2020.06.007
  25. OpenFOAM. https://www.openfoam.com/
  26. INMOST: A Toolkit for Distributed Mathematical Modeling. https://www.inmost.org
  27. ll’in V.P. The Conception, Requirements and Structure of the Integrated Computational Environment. B Supercomputing 4 th Russian Supercomputing Days, RuSCDays 2018. Revised Selected Papers. P. 653−665 (Communications in Computer and Information Science). V. 965. Springer-Verlag GmbH and Co. KG.
  28. Il’in V. Parallel Intelligent Computing in Algebraic Problems // Sokolinsky L., Zymbler M. (eds). Parallel Computational Technologies. PCT 2021. Communications in Computer and Information Science. V. 1437. Springer, Cham.
  29. Aleeva V. Designing Parallel Programs on the Base of the Conception of 푄-Determinant // Supercomputing. RuSCDays 2018 (Communications in Computer and Information Science (CCIS)). 2019. V. 965. V. Voevodin, S. Sobolev (eds.). Springer, Cham. P. 565−577.
  30. Akhmed-Zaki D., Lebedev D., Malyshkin V., Perepelkin V. Automated Construction of High Performance Distributed Programs in LuNA System // Parallel Computing Technologies. PaCT 2019 (Lecture Notesin Computer Science. V. 11657) // V. Malyshkin (ed.). Springer, Cham. P. 3–9. https://doi.org/10.1007/978-3-030-25636-4_1
  31. Ershov A.P., Marchuk G.I. Man-machine Interaction iп Solving a Certain Class of Differential Equations // Proceed. IFIP Congress. New York, 1965. P. 550− 551.
  32. Antonov A., Dongarra J., Voevodin V. AlgoWiki Project as an Extension of the Top500 Methodology // Supercomputing Frontiers and Innovations. 2018. V. 5. № 1. P. 4–10. https://doi.org/10.14529/jsfi18010
  33. Borgest N.M. Key Terms the Ontology of Designing Review // Anal. Gen. Ontol. Des. 2013. V. 3. № 9. P. 9–31.
  34. LeCun Y., Bengio Y., Hinton G. Deep learning // Nature. 2015. V. 521. P. 436–444. https://doi.org/10.1038/nature14539
  35. Weinan E. Machine Learning and Computational Mathematics // Commun. Comput. Phys. 2020. V. 28. № 5. P. 1639–1670. https://doi.org/10.4208/cicp.oa-2020-0185
  36. Kleppe A. Software Language Engineering: Creating Domain Specific Language Using Metamodels. N.Y.: Addison Wesley, 2008.
  37. Kohn S., Kumfert G., Painter J., Ribben C. Divorcing Language Dependencies from a Scientific software Library // http://computation. .llnl.gov /casc /components/docs/2001statpp.pdf
  38. Allan B., Armstrong R., Wolfe A. et al. The CCA Core specification in a Distributed Memory // SPMD Framework Concurrent Practice and Expedience. 2002. V. 14. P. 323–345.
  39. Feoktistov A., Kostromin R., Sidorov I.A., Gorsky S.A. Development of distributed subject-oriented applications for cloud computing through the integration of conceptual and modular programming // Proceed. of the 41st International Conference on Information and Communication Technology, Electronics and Microelectronics. IEEE, 2018. P. 256–261.
  40. Брукс Ф. Мифический человеко-месяц, или Как создаются программные системы. М.: Символ-Плюс, 2010.
  41. Скопин И.Н. Основы менеджмента программных проектов. Курс лекций. Учебное пособие. М.: ИНТУИТ. РУ, 2004.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2.

Скачать (373KB)
Метаданные

© В.П. Ильин, 2023