1. Введение в технологию фрагментированного программирования
2. Освоение клеточной технологии имитационного моделирования алгоритмов и структур с мелкозернистым параллелизмом
3. Пользовательский интерфейс для NumGRID
4. Система управления распределенными данными
5. Клеточно автоматное моделирование диффузионных процессов
6. Проблема гарантированной точности вычислений

"Введение в технологию фрагментированного программирования"

Руководители проекта:

• Киреев С.Е. - м.н.с. ИВМ и МГ СО РАН
• Перепелкин В.А. - м.н.с. ИВМ и МГ СО РАН

Описание проекта: Студенты познакомятся с технологией фрагментированного программирования на ряде простых задач линейной алгебры. Технология фрагментированного программирования позволяет реализовывать программы, автоматически обладающие такими свойствами, как динамическая балансировка загрузки и настройка на аппаратные ресурсы. Запрограммируют и протестируют свои фрагментированные программы на двух различных исполнительных системах - для мультипроцессора и для мультикомпьютера.

Требования к участникам проекта:

• Знание C/C++

"Освоение клеточной технологии имитационного моделирования алгоритмов и структур с мелкозернистым параллелизмом"

Руководители проекта:

• Пискунов С.В. - зав. лаб. параллельных алгоритмов и структур ИВМ и МГ СО РАН
• Остапкевич М.Б. - м.н.с. ИВМ и МГ СО РАН

Описание проекта: Мелкозернистые алгоритмы и структуры представлены такими классами, как: клеточные автоматы, систолические архитектуры, мультимикропроцессорные архитектуры, ассоциативные процессоры, клеточно-нейронные сети, однородные перестраиваемые вычислители.
Мелкозернистые алгоритмы используются для моделирования физических, химических, биологических и социальных процессов, высокопроизводительных спецпроцессоров, построенных из блоков с двух- или трехмерной однородной архитектурой.
Модель клеточных вычислений, называемая Алгоритмом Параллельных Подстановок (АПП). Концептуально АПП объединяет в себе подстановочный характер алгоритма Маркова с пространственной параллельностью клеточного автомата, основываясь на общем для них ассоциативном механизме применения элементарных операций.
Система имитационного моделирования (WinALT), построенная на основе АПП и используемая для конструирования, отладки и получения характеристик моделей мелкозернистых алгоритмов и структур. WinALT - система визуального программирования. Для типичного случая локальных окрестностей программа моделирования в системе WinALT оперирует графическими образами и команд, и данных. Имитационная модель оформляется в системе WinALT как проект, содержащий множество окон, в которых представлены графические объекты модели и тексты моделирующих программ.
Задачи проекта:

1. Освоение языковых и инструментальных средств системы WinALT
2. Освоение приемов конструирования имитационных моделей на примерах из библиотеки системы WinALT
3. Построение собственных моделей и размещение их на сайте системы WinALT для таких областей как:
   • визуальная криптография
   • модели физических процессов
   • обработка растровых изображений с помощью локальной фильтрации
   • модели конвейерных вычислительных структур (арифметические устройства)
   • модели универсальных вычислительных сред
   • предложение участников проекта
4. Расширение инструментальных возможностей системы WinALT по визуализации вычислительных процессов с мелкозернистым параллелизмом с использованием собственных средств системы
5. Пополнение стандартных библиотек системы функциями для МЗП моделей различных классов

• Знание одного из следующих из языков высокого уровня: C, C++, Pascal, Modula-2, Oberon, Ada

"Пользовательский интерфейс для NumGRID"

Руководитель проекта:

• Городничев М.А. - м.н.с. ИВМ и МГ СО РАН

Описание проекта: NumGRID -- это программная система для объединения вычислительных кластеров в единый вычислительный ресурс на основе общей коммуникационной среды MPI. Пользовательский интерфейс должен предоставлять пользователю возможность описать структуры объединения кластеров, загружать на кластеры исходный код программ и исходные данные, сохранять результаты работы программ, отдавать команды на компиляцию и запуск программ, контролировать ход выполнения всех операций. Работа состоит из двух частей: графического интерфейса и средств удаленного управления.
Используемые средсва: QT для пользовательского интерфейса, библиотеки ssh для удаленного управления

Требования к участникам проекта:

• Знание C/C++

"Система управления распределенными данными"

Руководитель проекта:

• Городничев М.А. - м.н.с. ИВМ и МГ СО РАН

Описание проекта: Большую часть работы по созданию программы для выполнения численного моделирования на параллельных компьютерах составляет реализация управления распределенными данными. Поэтому качественная библиотека распределенных структур данных существенно бы упростила процесс разработки параллельных программ. Распределенная реализация многомерного массива, которую предполагается осуществить в ходе воплощения проекта, будет ориентирована на использование в системе фрагментированного программирования и соответствовать её принципам и нуждам. Познакомиться с описанием системы фрагментированного программирования можно тут .
Используемые средства: C/С++, MPI (Message Passing Interface), POSIX Threads.

Требования к участникам проекта:

• Знание C/C++

"Клеточно автоматное моделирование диффузионных процессов"

Руководители проекта:

• Калгин К.В., аспирант ИВМ и МГ СО РАН
• Шарифулина А.Е., магистрант НГТУ

Описание проекта: Клеточные автоматы уже давно выросли из состояния "математических игрушек" и перестали быть "вещью в себе", на настоящий момент они широко используются в качестве средства моделирования физико-химических процессов. Примеры моделируемых процессов: распространение звуковых волн в неоднородных средах, потока жидкости, рост кораллов и рост кристаллов, химические реакции на поверхностях катализаторов и многие другие. Большую и очень важную часть составляют реакционно-диффузионные модели, все модели такого типа являются различными комбинациями двух фаз - реакционной и диффузионной.
Клеточные автоматы относятся к классу моделей мелкозернистого параллелизма. Это свойство позволяет получать простые и эффективные параллельные реализации для клеточных автоматов синхронного типа, но вызывает трудности для клеточных автоматов асинхронного типа, которые преодолеваются путем их замены синхронными аналогами.
В ходе работы участники познакомятся с клеточно автоматными моделями физико-химических процессов, а также научатся моделировать диффузионные процессы на многопроцессорных системах и исследовать эффективность параллельных реализаций как синхронных, так и асинхронных клеточных автоматов.

Требования к участникам проекта:

• хорошее знание языка С
• знание основ теории вероятностей

"Проблема гарантированной точности вычислений"

Руководитель проекта:

• Куликов И.М. - аспирант НГТУ

Описание проекта: Известно, что операция суммирования является главным источником накопления погрешности вычислений. Особенно остро стоит проблема суммирования большого количества элементов (более миллиарда) различного порядка. Для решения этой проблемы может быть предложен ряд решений, такие как суммирование с использованием частичной сортировки элементов, выделением основного порядка, группированием элементов и т.д. Данные подходы основаны на алгоритмах, сложность которых не меньше, чем алгоритмическая сложность самой операции суммирования элементов. Однако они дают большую точность вычислений. В случае распределённых данных многие такие решения не могут быть эффективно или вообще реализованы. Стоит отметить, что, несмотря на достаточно большое количество библиотек линейной алгебры, которые основываются на операции суммирования большого количества элементов, ни в одной из них нет средства контроля относительной точности полученного результата.
Участникам проекта предлагается сделать одну из реализаций операции суммирования элементов распределённого вектора большого размера, которая предполагает оценку точности полученной суммы. Данная реализация будет исследована на различных входных данных, на различном типе и количестве процессорных элементов. В рамках данного проекта участники детально познакомятся с механизмом накопления погрешности вычислений, способами оценки этой погрешности и средствами её уменьшения. Научатся некоторым средствам программирования распределённых вычислений.

Требования к участникам проекта:

• Знание C/C++