Разработка программной среды для суперкомпьютерного моделирования нелинейных процессов в микро- и наносистемах

Проект лежит в русле двух приоритетных направлений развития науки РФ - "Информационно-телекоммуникационные системы" и "Индустрия наносистем", и связан с двумя критическими технологиями: "Технологии и программное обеспечение распределенных и высокопроизводительных вычислительных систем" и "Компьютерное моделирование наноматериалов, наноустройств и нанотехнологий".Цель проекта – создание вычислительных основ и программного обеспечения суперкомпьютерных систем для моделирования сложных нелинейных процессов в природных и технических микро- и наносистемах, являющихся основой нанотехнологий. В первом случае речь идет об исследовании свойств природных и искусственных материалов на микро- и нано- уровнях детализации. Во втором случае имеется ввиду создание технических микро- и наносистем на основе перспективных наноматериалов для различных высокотехнологичных отраслей промышленности, в том числе авиационной, космической, электронной, фармацевтической и др.Конкретные задачи проекта делятся на два направления.Первое направление включает фундаментальные исследования, связанные с разработкой математических и численных моделей сложных нелинейных процессов в природных и технических микро- и наносистемах. В рамках данной тематики предполагается разработка новых многомасштабных математических моделей, численных методов, параллельных алгоритмов и комплексов программ для решения с помощью суперкомпьютеров ряда актуальных задач, связанных со строением вещества, исследованием свойств наноматериалов, изготовлением технических микро- и наносистем на их основе.Второе направление включает прикладные исследования, связанные с разработкой сервисного программного обеспечения суперкомпьютерных систем, позволяющие проводить широкомасштабную обработку распределенных данных большого объема, а также создание вэб-среды, объединяющей различные расчетные технологии и сервисы.Общая актуальность проекта обусловлена тем, что современные технологии производства спустились на микро- и нано- уровень и требуют проведения детальных междисциплинарных исследований по широкому кругу вопросов. Особенно востребованы исследования в области свойств сложных веществ и наноматериалов. Проведение подобного рода исследований на современном этапе невозможно без применения методов математического моделирования в том числе с использованием высокопроизводительной вычислительной техники. Актуальность конкретных направлений исследований проекта связана, с одной стороны, с большими пробелами в области многомасштабных методов численного моделирования, с другой – с отсутствием развитых программных средств для проведения такого моделирования.Новизна проекта связана с разработкой многомасштабного подхода, позволяющего моделировать физические процессы с нужной степенью детализации, а также с разработкой нового программного инструментария, поддерживающего массовые параллельные вычисления и обработку больших данных.В качестве ожидаемых результатов проекта укажем: новые математические модели, численные методы их анализа, соответствующие программные решения, в том числе параллельные, а также вэб-среду для проведения массовых компьютерных экспериментов. Уровень предлагаемых математических и программных решений будет соответствовать мировым тенденциям и разработкам. Их научная значимость определяется возможностью решения новых классов задач, имеющих междисциплинарный и многомасштабный характер. Практическая значимость состоит в появлении соответствующего суперкомпьютерного инструментария для моделирования.