ИНСТРУМЕНТАРИЙ ПАРАЛЛЕЛЬНОГО МУЛЬТИПРОГРАММИРОВАНИЯ РАСПРЕДЕЛЕННЫХ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ И МОДЕЛИРОВАНИЯ ГЕТЕРОЭПИТАКСИИ НА СТРУКТУРИРОВАННЫХ ПОДЛОЖКАХ

Методом молекулярной динамики рассчитаны упругие деформации в структурированных подложках Si, возникающие под действием междоузельных атомов Ge, введенных ионным облучением. Показано, что в случае мелких канавок междоузлия создают на их стенках дополнительное растяжение, а в случае глубоких канавок - сжатие. Анализ позволяет объяснить наблюдаемое в эксперименте различное местоположение наноостровков Ge, выращенных гетероэпитаксией на структурированных подложках Si, в зависимости от глубины канавок. Разработан гибридный алгоритм расчета трехмерной Монте-Карло модели роста Ge на Si с учетом поверхностной реконструкции, объединяющий в себе преимущества потенциалов Китинга и Терсоффа. Показано, что данный подход позволяет более чем на порядок сократить время расчета по сравнению с использованием только потенциала Терсоффа. Проведены тестовые расчеты моделирования термического отжига структуры из 521250 атомов, представляющей собой островок Ge на подложке Si (100), покрытой смачивающим слоем Ge. Выполнена разработка методов моделирования структур, содержащих оптические микрорезонаторы на основе фотонного кристалла с квантовыми точками. Ключевым фактором, определяющим энергетический спектр и оптические свойства гетероструктур 2-го рода (таких как германий-кремний) являются упругие деформации. Получены аналитические выражения в замкнутой форме для пространственного распределения упругой деформации. На основе найденных аналитических выражений разработаны последовательный алгоритм и программа для моделирования полей упругих деформаций в полупроводниковых гетероструктурах, в частности в оптических микрорезонаторах на основе фотонных кристаллов, содержащих квантовые точки. Показано, что относительная величина погрешности предложенного метода учёта анизотропии составляет 0,01 – 0,02 для типичных полупроводников (кремний, германий, арсенид галлия), что в 10 – 15 раз меньше погрешности изотропного приближения.Разработана стохастическая модель функционирования распределенной масштабируемой вычислительной системы с резервом с отказами и восстановлениями элементарных машин. Дано аналитическое решение для нахождения вида функции распределения времени пребывания вычислительной системы в состоянии низкой производительности. Предложен метод сокращения числа ложных конфликтов в многопоточных программах на базе программной транзакционной памяти. Его использование позволяет сократить время выполнения параллельных программ в среднем на 20%, что экспериментально показано на тестовых программах из пакета STAMP. Проведено экспериментальное исследование возможностей оптимизирующего компилятора GNU GCC, LLVM/Clang по автоматической векторизации циклов на архитектурах Intel 64 и Intel Xeon Phi. Разработаны алгоритмы построения расписания решения задач с нефиксированными параметрами. Для интеграции с современными системами управления ресурсов ВС создан программный инструментарий поддержки режима обслуживания потока задач с нефиксированными параметрами в системе управления ресурсами TORQUE, позволяющий сократить суммарное время решения задач набора в среднем на 24% относительно стандартных методов. Предложены алгоритмы реализации масштабируемого потокобезопасного пула на основе распределяющих деревьев (diffraction trees). Разработаны алгоритмические и программные средства оценки времени реализации коммуникационных операции типа «аll-to-all», учитывающие падение производительности каналов связи иерархически организованной коммуникационной сети ВС при их конкурентном использовании процессами параллельных MPI-программ.