Инструментарий параллельного мультипрограммирования распределенных вычислительных систем и моделирования гетероэпитаксии на структурированных подложках

Разработан и реализован программно-последовательный алгоритм моделирования трехмерного роста Ge на Si методом Монте-Карло на основе межатомного потенциала взаимодействия Терсоффа, который воспроизводит поверхностную реконструкцию на Si (100) в процессе моделирования отжига структуры. Предложена параллельная версия алгоритма для расчета трехмерной Монте-Карло-модели гетероэпитаксиального роста с использованием эмпирического потенциала межатомного взаимодействия Китинга. Проведено исследование разработанного алгоритма, и определена зависимость коэффициента ускорения параллельной программы от числа процессов. Получены аналитические решения для расчета математического ожидания и дисперсии числа исправных машин в распределенных масштабируемых вычислительных системах. Разработан алгоритм дешифрации синдрома распределенной вычислительной системы на основе сверточной нейронной сети и алгоритма генерации обучающих выборок. По результатам экспериментов на тестовых обучающих выборках с различным числом узлов в распределенной вычислительной системе и неисправных узлов подобраны гиперпараметры сверточной нейронной сети. Проведены анализ программных методов контроля и диагностики на уровне системы управления ресурсами SLURM, асимптотический анализ вычислительной сложности рассмотренных контрольно-диагностических процедур с целью определения пределов их масштабируемости. Предложена программа нагрузочного тестирования системы управления ресурсами PBS TORQUE. Выполнен теоретический анализ вычислительной сложности основного цикла планирования выполнения задач в системе управления ресурсами SLURM. Асимптотические оценки показывают функциональную зависимость числа операций, выполняемых на основных этапах функционирования системы SLURM. Проведено экспериментальное исследование алгоритмов формирования подсистем элементарных машин, и дана оценка качества формируемых подсистем с точки зрения возникающей конкуренции за сетевые ресурсы (сетевой контроллер, канал связи, порт коммутатора). Построены функциональные модели обеспечения отказоустойчивого выполнения параллельных программ на распределенных большемасштабных вычислительных системах с избыточностью. Выполнен экспериментальный анализ эффективности подсистем автоматической векторизации циклов в открытых компиляторах GCC C/C++ и LLVM/Clang, и выявлены классы трудновекторизуемых циклов на архитектуре Intel 64. Разработан модуль компилятора GCC для профилирования параллельных программ и адаптивной настройки параметров реализации транзакционной памяти под программу. Модуль инструментации предназначен для оптимизации обнаружения конфликтов (конкурентного доступа потоков к общим областям памяти), возникающих при выполнении параллельных программ на базе транзакционной памяти.