Разработка алгоритмической компоновки и программ для расчета многомасштабных процессов и горения

Объектом исследования являются методы создания высокоточных моделей многомасштабных процессов, сами модели и области их применения. В рамках проекта предусмотрена разработка высокоточного вычислительного кода для моделирования многомасштабных процессов, его тестирование при различных определяющих параметрах и оптимизация для повышения точности расчетов. Цель работы – создание высокоэффективных алгоритмов и разработка численного кода для моделирования многомасштабных процессов, в том числе процессов горения, а также проведение предсказательного вычислительного моделирования рассматриваемых задач на супер-ЭВМ. Кроме того, работы по проекту включают фундаментальные исследования принципов построения математических моделей для повышения достоверности результатов предсказательного моделирования. Рассматриваются многомасштабные задачи в таких областях как материаловедение, вычислительная гидродинамика, включая течения многофазных сред, а также математическое моделирование нестационарных процессов в технических и аэрокосмических системах. Актуальность проведенных исследований заключается в том, что применение эксафлопсных технологий, реализующих принципиально различные типы вычислений на качественно более высоком уровне параллелизма, сложности и неоднородности вычислительных систем требует фундаментальных исследований математических методов, алгоритмов и архитектур, позволяющих достигнуть необходимые значения производительности, а также разработки аппаратных и системных программных средств вычислительных систем, удовлетворяющих требованиям по энергопотреблению, надежности и другим физическим параметрам и создания соответствующего прикладного программного обеспечения. Одним из возможных путей решения проблемы моделирования многомасштабных процессов эксафлопного уровня сложности является создание гетерогенной супер-ЭВМ, которая, наряду с базовым вычислительным сегментом на массовых коммерческих универсальных микропроцессорах, включает еще ряд сегментов на специализированных микропроцессорах, оптимизированных с учетом требований различных масштабов моделирования: сегмент моделирования процессов внутрипластового горения, сегмент моделирования процессов подземной гидродинамики, сегмент моделирования рабочих процессов в двигателе внутреннего сгорания и т.д. В едином цикле совместно проектируются и аппаратная, и программная составляющая каждого сегмента на основе принципа «встречной оптимизации», то есть на основе взаимосогласованной оптимизации методов, алгоритмов, программ и архитектуры микропроцессора для решения данного класса задач. Это, в частности, означает, что процессоры в различных сегментах при наличии единой базовой универсальной составляющей могут значительно отличаться не только набором дополнительных специальных функций, но и способом реализации таких стандартных механизмов, как канал прямого доступа к общей памяти.