Fidesys Professional

Fidesys Dynamics

Fidesys Composite

Fidesys HPC

Реализованные в пакете математические модели теории многократного наложения больших деформаций позволяют проводить анализ многостадийных нагружений конструкций и их элементов, когда в процессе нагружения меняются свойства материала (включая удаление и добавление, что актуально для горной промышленности и аддитивных технологий соответственно) и граничные условия, что, в частности, в нелинейных задачах позволяет учесть зависимость конечных результатов от порядка приложения внешних нагрузок.

При наличии небольших зазоров и пересечений тел в геометрической модели конструкции (составной CAD-модели) может возникать необходимость в дополнительной работе по исправлению/доработке геометрической модели для обеспечения возможности корректного построения сеточной дискретизации. Реализованная в CAE Fidesys технология жесткого контакта позволяет корректно в автоматическом режиме отрабатывать данные геометрические дефекты без их предварительно ручного устранения и не привносит артефактов в численное решение на границах контактирующих тел даже при наличии незначительных зазоров/нахлестов между ними.

CAE Fidesys доступен в ведущих международных магазинах приложений:

В докладе рассматривается подход к реализации метода спектральных элементов на массивно-параллельной вычислительной системе HPE Apollo на базе графических процессоров, установленной на ВМиК МГУ. В рамках данной реализации спектральноэлементная сетка естественным образом отображается на сетку (grid) из мультипроцессоров графической карты, а соответственно каждый спектральный элемент отображается на потоковый блок (block), в рамках которого отдельные узлы внутри элемента обрабатываются соответствующими им потоками внутри блока. Данный подход позволяет эффективно задействовать возможности разделяемой (shared) памяти для кэширования данных внутри спектрального элемента при формировании вектора внутренних усилий на нем (например, при вычислении производных неизвестных функций), что значительно увеличивает пропускную способность параллельной версии алгоритма, производительность которой ограничена именно скоростью доступа к глобальной графической памяти (memory bounded), а не вычислительной скоростью ядер графического процессора (compute bounded).

Сайт Фидесис: https://www.cae-fidesys.com
Примеры расчетов с использованием CAE Fidesys: https://fidesys-solvers.ru/

Публикации NAFEMS:

Ссылки на материалы о CAE Fidesys:

7 декабря 2021 г., 16:30

Степаненко В.М., д.ф.-м.н., зам. директора
Мортиков Е.В., к.ф.-м.н., с.н.с.
НИВЦ МГУ имени М.В. Ломоносова

Моделирование деятельного слоя суши и атмосферного пограничного слоя на гетерогенных параллельных архитектурах

Система "деятельный слой суши - атмосферный пограничный слой" является энергетическим фокусом Земной климатической системы, поскольку здесь солнечная радиация превращается в тепло и биохимические формы энергии, которые, в свою очередь, являются источником для кинетической энергии в климатической системе. Иерархия моделей турбулентных пограничных слоёв, модели физических систем и экосистем суши, разрабатываемые в НИВЦ МГУ совместно с ИВМ РАН, направлены на решение широкого спектра фундаментальных и прикладных задач: от применений в краткосрочном прогнозе погоды и воспроизведении динамики климата до переноса взвешенных частиц в городской застройке, расчёта водного режима рек и эмиссии метана водохранилищами. При этом, особое значение принимает эффективное использование современных гибридных вычислительных архитектур и технологий параллельного программирования. В докладе изложены физические, вычислительные и технические аспекты решения перечисленных задач.

9 ноября 2021 г., 16:30

Шайтан А.К., доцент, д.ф.-м.н., кафедра биоинженерии биологического факультета МГУ

Компьютерные технологии и проблема понимания работы ДНК в живых системах

Сложность и мощность современных компьютерных информационных систем достигла впечатляющих высот, они могут соперничать по сложности с живыми организмами - самыми сложными объектами, созданными природой. Тем не менее, наше понимание того, как живые системы функционируют на молекулярном уровне, остается далеко не полным. Информационное содержание генетических программ, кодируемых ДНК в геноме человека, составляет менее 900 мегабайт. Однако комплексное понимание молекулярных механизмов, лежащих в основе интерпретации этих программ, является существенной проблемой, которая, возможно, будет решена в 21 веке благодаря комбинации высокопроизводительных автоматизированных экспериментальных подходов и компьютерных технологий. Растущие возможности современных компьютерных систем и алгоритмов являются в конечном итоге необходимым компонентом для решения этой проблемы. В этом докладе я продемонстрирую, как суперкомпьютерное моделирование позволяет нам понять молекулярные механизмы функционирования ДНК в живых системах, понимая ее динамическое взаимодействие с белками.

Статья о суперкомпьютерном моделировании упаковки ДНК в нуклеосомы:
Armeev,G.A., Kniazeva,A.S., Komarova,G.A., Kirpichnikov,M.P. and Shaytan,A.K. (2021) Histone dynamics mediate DNA unwrapping and sliding in nucleosomes. Nat Commun., 12. https://www.nature.com/articles/s41467-021-22636-9

Статья о применении инженерных подходов в биологии:
Грешнова,А.А., Глухов,Г.С. and Шайтан,А.К. (2019) Синтетическая биология: конструирование живого. Химия и Жизнь - XXI век. https://engbio.ru/HiZ_9_2019_synbio.pdf

12 октября 2021 г., 16:30

Аксенов А.А., к.ф.-м.н., ТЕСИС

Использование HPC-вычислений для решения индустриальных задач в области вычислительной гидродинамики программным комплексом FlowVision

В докладе приводится обзор математических моделей, реализованных в программном комплексе FlowVision и позволяющих решать следующие задачи движения жидкости, газа и плазмы:

14 сентября 2021 г., 16:30

Горобец А.В., д.ф.-м.н., ИПМ им. М.В. Келдыша РАН

Вихреразрешающее моделирование задач газовой динамики на гибридных суперкомпьютерах (или "Гетерогенный код NOISETTE: ох, нелегкая это работа - на ускорители тащить бегемота")

Доклад посвящен ресурсоемкому суперкомпьютерному моделированию задач газовой динамики на гибридных вычислительных системах. Будет представлен гетерогенный параллельный код NOISETTE для вихреразрешающих расчетов задач аэродинамики и аэроакустики, который может одновременно задействовать центральные и графические процессоры. В основе численного алгоритма реберно-ориентированные схемы повышенной точности на неструктурированных смешанных сетках. Используются неявные схемы по времени, гибридные RANS-LES модели турбулентности. Параллельная реализация позволяет задействовать в большом количестве вычислительные устройства различных типов: многоядерные CPU, GPU различных производителей, включая NVIDIA, AMD, Intel, процессоры и ускорители Intel Xeon Phi. В докладе будет идти речь про адаптацию численного алгоритма с целью снижения потребления памяти, адаптацию распараллеливания к парадигме потоковой обработки, реализацию вычислений с использованием открытого стандарта OpenCL, организацию обмена данными, реализацию гетерогенного режима с одновременным использованием CPU и GPU. Будет показана параллельная эффективность в расчетах на различных суперкомпьютерах.

1 июня 2021 г., 16:30

Канаев А.А., Глотов В.Ю., Данилин А.В.
Институт проблем безопасного развития атомной энергетики РАН

Применение методики КАБАРЕ для численного моделирования задач водородной безопасности

Задачи водородной безопасности включают в себя как задачи водородной взрывобезопасности на АЭС, так и задачи безопасности гражданской водородной энергетики. Авария с участием водорода обычно происходит по следующему сценарию: непреднамеренное истечение, перемешивание водорода с воздухом с образованием горючей смеси и последующее воспламенение горючего облака.

В ИБРАЭ РАН для численного моделирования задач анализа водородной безопасности на основе вихреразрешающей методики КАБАРЕ разрабатывается программа ЭВМ CABARET-SC1. Для выполнения расчетного анализа задачи об истечении водородосодержащей газовой смеси из сосуда высокого давления через отверстие малого диаметра в ПрЭВМ CABARET-SC1 был реализован новый многомасштабный алгоритм для моделирования ближнего и дальнего поля струи. Для выполнения расчетного анализа задачи о горении перемешанных горючих смесей в ПрЭВМ CABARET-SC1 была включена расчетная модель горения перемешанных горючих смесей.

В докладе будут рассмотрены результаты валидации новых моделей в ПрЭВМ CABARET-SC1, а также приведены примеры результатов моделирования зарубежных экспериментов, посвященных вопросам водородной безопасности.

23 марта 2021 г., 16:30

Перевозчиков А.А., IBM EEA
(презентация, 4 Мб)

IBM BOA - инструмент для ускорения разработок использующих компьютерное моделирование
(видеозапись)

Привычный подход обеспечения ускорения разработок и повышения их качества, основанный на методе "грубой силы" всё сильнее упирается в разнообразные ограничения (бюджет, энергоснабжение, способность ПО к распараллеливанию, рост задержек в больших кластерах и т.д.). IBM применила подход использующий ИИ на базе байесовской оптимизации, который в реальном времени и строит, и оптимизирует модель для предсказания наиболее "перспективных" точек, которые обсчитываются уже имеющимися инструментами.

Это позволяет не меняя существующего оборудования и не внося каких-либо модификаций в используемое ПО, существенно ускорить получение результатов. Снижение требований к объему счета при применении BOA, позволяет одновременно "крутить" сотни design variables, что потенциально дает новое качество разработкам.

Область применения - практически все задачи, которые используют не-последовательное моделирование. В докладе будут приведены примеры использования ВОА на задачах классов EDA (разработка электронных компонент), CFD (обтекание) и DD (разработка лекарств), хотя область приложения BOA неизмеримо шире.

24 ноября 2020 г., 16:30

1. Немухин А.В., д.х.н., проф. Химического ф-та МГУ, зав. лаб. ИБХФ РАН
Григоренко Б.Л., Лущекина С.В., Поляков И.В., Хренова М.Г.
(презентация, 7 Мб)

2. Миронов В.А., к.ф.-м.н., с.н.с. Химического ф-та МГУ
А. Кичкайло, Ф. Томилин (ФИЦ "КНЦ" СО РАН), D. Morozov, G. Groenhoff (Nanoscience center, University of Jyvaskyla, Jyvaskyla, Finland), D. Fedorov (AIST, Tsukuba, Japan)

Суперкомпьютерное моделирование биомолекулярных процессов, связанных с коронавирусом
(видеозапись)

Весной и в начале лета 2020 года по всему миру наблюдался всплеск активности в СМИ специалистов по компьютерному моделированию биомолекулярных процессов, имеющих отношение к коронавирусу SARS-CoV-2 и к проблемам лечения COVID-19. Если говорить в более спокойных тонах, эта область крайне важна и интересна для исследований, поскольку включает новый круг вопросов, связанных с точным описанием взаимодействий макромолекул между собой и с малоатомными химическими соединениями, фундаментальных вопросов ферментативного катализа, вопросов функционирования сложных наноразмерных молекулярных машин. В двух сообщениях, объединенных данной тематикой, будут представлены результаты исследования некоторых биомолекулярных процессов, связанных с жизненным циклом коронавируса, а также исследованию потенциальных медицинских препаратов для диагностики и терапии COVID-19. Работы были выполнены методами молекулярной динамики и квантовой механики/молекулярной механики на современных суперкомпьютерах.

13 октября 2020 г., 16:30

Визильтер Ю.В., д.ф.-м.н., профессор РАН,
начальник подразделения ФГУП "ГосНИИАС"
(презентация, 9 Мб)
(видеозапись)

Современное состояние технологий искусственного интеллекта и отечественная нейросетевая платформа Plat

Первая волна современной революции ИИ (2012-2016) была связана с появлением глубоких нейронных сетей (ГНС) и породила технологии "глубокого распознавания", обеспечивающие решение задач компьютерного зрения, анализа сигналов и больших данных. В настоящее время технологическая революция ИИ переживает вторую волну (2016-н.в.), которая должна в скором времени привести созданию функционального ИИ. "Глубокие" технологии развиваются, фокус их применения смещается от обработки и анализа данных к задачам управления и оптимизации. Проблемы и надежды современного ИИ будут продемонстрированы на примерах актуальных научных и технических результатов.

В силу ряда факторов, связанных со спецификой развития технологий ИИ в России и в мире, на повестке дня остро стоит создание и внедрение отечественных средств глубокого обучения. В настоящее время ФГУП "ГосНИИАС" завершает создание унифицированной программной платформы нейросетевой разработки "Платформа-ГНС" (платформа Plat). Она представляет собой отечественную экосистему машинного обучения, в которую входят интегрированная среда глубокого обучения нейросетей, отечественная библиотека глубокого обучения, а также набор средств аппаратной реализации нейросетей для различных аппаратных платформ, в том числе и отечественного производства. Платформа Plat изначально ориентирована на выполнение распределенных суперкомпьютерных вычислений в задачах обучения глубоких нейросетей.

26 мая 2020 г., 16:30

Тихомиров М.М., стажер-исследователь НИВЦ МГУ, аспирант ВМК МГУ
Добров Б.В., к.ф.-м.н., зав.лаб. НИВЦ МГУ
Лукашевич Н.В., д.т.н., в.н.с. НИВЦ МГУ
(презентация, 3 Мб)

Предобученные языковые модели в задачах обработки текстов

В докладе будет описаны основные направления современного развития технологий обработки текстов. Методология переноса обучения позволила значительно расширить сферу применения искусственных нейронных сетей. Нейросетевые подходы с использованием предобученных языковых моделей произвели в 2018 году настоящую революцию в обработке текстов. Для обучения таких моделей существенно важно использование высокопроизводительных вычислителей, сами такие модели (как базы данных) становятся важным информационным ресурсом. Будут рассмотрены вопросы обучения языковых моделей с использованием комплекса DGX-2. Планируется представить результаты для задачи определения редких типов именованных сущностей, других задач обработки текстов.

21 апреля 2020 г., 16:30

Комаров П.В. д.ф.-м.н., в.н.с. ИНЭОС РАН, профессор Тверской госуниверситет
Халатур П.Г. д.ф.-м.н., в.н.с. ИНЭОС РАН
Гусева Д.В. к.ф.-м.н., с.н.с. ИНЭОС РАН
Рудяк В.Ю. к.ф.-м.н., н.с. МГУ им. Ломоносова
Книжник А.А. к.ф.-м.н., н.с. Кинтех Лаб., НИЦ "Курчатовский институт"
Ахуков М.А. н.с. Кинтех Лаб.
Ширабайкин Д.Б. н.с. Кинтех Лаб.
Скоморохов А.С. н.с. Кинтех Лаб.
Хорьков В.А. н.с. Кинтех Лаб.
Окунь М.В. к.ф.-м.н., н.с. Кинтех Лаб.
Потапкин Б.В. к.ф.-м.н., ген. директор Кинтех Лаб., НИЦ "Курчатовский институт"
(презентация, 9 Мб)

Программный пакет MULTICOMP для многоуровневого предсказательного моделирования полимерных нанокомпозитов

В докладе обсуждается разработка программного пакета (ПП) MULTICOMP, предназначенного для распределенной разработки новых нанокомпозитных материалов с использованием технологии многоуровневого моделирования. ПП MULTICOMP может запускаться на пользовательских рабочих станциях под управлением ОС Windows 7 или старше, а также ОС Linux. Он позволяет реализовать многомасштабное моделирование сшитых полимерных материалов и нанокомпозитов на их основе с возможностью передачи результатов между различными уровнями моделирования. С помощью ПП MULTICOMP можно решать различные научные и инженерные задачи, такие как моделирование влияния наполнителей на микроструктуру образца материала, а также на его механические и теплофизические свойства. Графический пользовательский интерфейс пакета позволяет упростить его освоение пользователями. В качестве демонстрации возможностей MULTICOMP в докладе приводятся результаты моделирования гибридной системы на основе термопластичного силикон-мочевинного блоксополимера и наночастиц диоксида кремния.

Ссылки по теме работы:

1) https://www.elibrary.ru/item.asp?id=39295311
2) https://www.elibrary.ru/item.asp?id=36548947
3) https://www.elibrary.ru/item.asp?id=30658938

7 апреля 2020 г., 16:30

Семинар отменен

24 марта 2020 г., 16:30

Семинар отменен

10 марта 2020 г., 16:30

1. 16:30-17:15

Илюшин Я.А., д.ф.-м.н., доцент
Физический факультет МГУ имени М.В. Ломоносова

Компьютерное моделирование электромагнитных волновых полей в неоднородных средах на параллельных вычислительных кластерах Чебышев и Ломоносов

В докладе представлены результаты исследований распространения электромагнитного излучения в неоднородных и случайных средах, проведенных в течение 2002-2020 с использованием суперкомпьютерных вычислительных систем НИВЦ МГУ Чебышев и Ломоносов.

Представлены результаты исследований по целому ряду направлений, включая

Ссылки по теме работы:

1) Ya.A. Ilyushin Fluctuations of the GPS signals on the tangential paths in the lower terrestrial atmosphere: influence of the small-scale structure. Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics 70 (2008) 1863-1869. doi:10.1016/j.jastp.2008.05.020
2) Ya.A. Ilyushin Impact of the plasma fluctuations in the Martian ionosphere on the performance of the synthetic aperture ground-penetrating radar. Planetary and Space Science, V.57 (2009) pp.1458-1466. http://dx.doi.org/10.1016/j.pss.2009.07.005
3) Ya. A. Ilyushin Subsurface radar location of the putative ocean on Ganymede: Numerical simulation of the surface terrain impact. Planetary and Space Science V.92 (2014) pp.121–126. http://dx.doi.org/10.1016/j.pss.2014.01.019
4) Ya. A. Ilyushin Coherent backscattering enhancement in medium with variable refractive index Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer Volume 117, March 2013, Pages 133-139.
5) Levin, G.G., Vishnyakov, G.N., Ilyushin, Ya.A. Synthesis of three-dimensional phase images of nanoobjects: Numerical simulation (2013) Optics and Spectroscopy (English translation of Optika i Spektroskopiya), 115 (6), pp. 938-946.
6) Ilyushin, Y.A., Orosei, R., Witasse, O., Sánchez-Cano, B. CLUSIM: A Synthetic Aperture Radar Clutter Simulator for Planetary Exploration (2017) Radio Science, 52 (9), pp. 1200-1213.
7) Ilyushin Y. A. Transient polarized radiative transfer in cloud layers: numerical simulation of imaging lidar returns (2019) Journal of the Optical Society of America A: Optics and Image Science, and Vision, 36 (4), pp. 540–548.

2. 17:15-18:00

Варенцов М.И., к.г.н., н.с. НИВЦ и географического факультета МГУ, н.с. Института физики атмосферы имени А.М. Обухова РАН, н.с. Гидрометцентра России, н.с. Российского университета дружбы народов
Константинов П.И., к.г.н., ст. преп. географического факультета МГУ, н.с. Российского университета дружбы народов
Самсонов Т.Е., к.г.н., в.н.с. географического факультета МГУ, в.н.с. Гидрометцентра России
Платонов В.С., к.г.н., с.н.с. географического факультета МГУ
Розинкина И.А., к.ф.-м.н., зав. лаб. Гидрометцентра России, с.н.с. кафедры метеорологии и климатологии географического факультета МГУ
Ривин Г.С., проф., д.ф.-м.н., зав. лаб. Гидрометцентра России, проф. кафедры метеорологии и климатологии географического факультета МГУ

Суперкомпьютерное моделирование в задачах городской метеорологии и климатологии

В докладе рассмотрены примеры применения мезомасштабной региональной модели атмосферы COSMO и суперкомпьютерных технологий для решения различных научных и прикладных задачах в области городской метеорологии и климатологии. В том числе, рассматриваются задачи создания детализированных архивов метеорологической информации с высоким пространственным разрешением (с шагами расчетной сетки в первые километры – сотни метров) для урбанизированных территорий, изучения влияния мегаполисов на атмосферные процессы, оценки климатических измерений от реализации потенциальных сценариев развития города и адаптации городов к изменениям климата, численного прогноз погоды для урбанизированных территорий. Обсуждается опыт решения перечисленных задач на суперкомпьютерах "Ломоносов-2" СК МГУ и Cray-XC40 ГВЦ Росгидромета.

Ссылки по теме работы:

1. Варенцов М.И., Самсонов Т.Е., Кислов А.В., Константинов П.И. Воспроизведение острова тепла Московской агломерации в рамках региональной климатической модели COSMO-CLM // Вестник Московского университета. Серия 5. География. 2017. № 6. С. 25–37.
2. Ривин Г.С., Вильфанд Р.М., Киктёв Д.Б., Розинкина И.А., Тудрий К.О., Блинов Д.В., Варенцов М.И., Самсонов Т.Е., Бундель А.Ю., Кирсанов А.А., Захарченко Д.И. Развитие системы численного прогнозирования опасных метеорологических явлений для Московского мегаполиса: прототип системы // Метеорология и гидрология, 2019, № 11, с. 33-45.
3. Varentsov M.I., Konstantinov P.I., Samsonov T.E. Mesoscale modelling of the summer climate response of Moscow metropolitan area to urban expansion // IOP Conf. Ser. Earth Environ. Sci. 2017. V. 96. P. 12009.
4. Varentsov M., Wouters H., Platonov V., Konstantinov P. Megacity-Induced Mesoclimatic Effects in the Lower Atmosphere: A Modeling Study for Multiple Summers over Moscow, Russia // Atmosphere. 2018. V. 9. № 2. P. 50.
5. Varentsov M.I., Grishchenko M.Y., Wouters H. Simultaneous assessment of the summer urban heat island in Moscow megacity based on in situ observations, thermal satellite images and mesoscale modeling // Geogr. Environ. Sustain. 2019. V. 12. № 4. P. 74–95.
6. Климат Москвы в условиях глобального потепления / под ред. А.В. Кислов. Москва: Издательство Московского университета, 2017. 288 с.

25 февраля 2020 г., 16:30

1. 16:30-17:15

Краснопольский Б.И., к.ф.-м.н., в.н.с.
Медведев А.В., ведущий программист
НИИ механики МГУ
(презентация, 1 Мб)

О роли неблокирующих коммуникаций при реализации алгоритмов линейной алгебры на суперкомпьютерах

Эффективное использование механизмов асинхронного обмена данными является необходимым условием для разработки масштабируемых алгоритмов линейной алгебры с разреженными матрицами. Новые возможности стандарта MPI-3, в частности, появление неблокирующих коллективных операций, явились толчком к разработке модифицированных математических алгоритмов, ориентированных на перекрытие времени глобальных коммуникаций и вычислений. Однако, не всегда неблокирующие операции оказываются на практике асинхронными.

В докладе приводится описание разработанной методики тестирования степени асинхронности неблокирующих локальных и глобальных коммуникаций. Демонстрируется важность правильного понимания работы неблокирующих коммуникаций на используемом вычислительном оборудовании и обсуждаются примеры опубликованных в литературе ошибочных выводов о свойствах алгоритмов, использующих асинхронные неблокирующие глобальные коммуникации.

Ссылки по теме работы:

1) B. Krasnopolsky, Revisiting performance of BiCGStab methods for solving systems with multiple right-hand sides // Computers & Mathematics with Applications, 2019, https://doi.org/10.1016/j.camwa.2019.11.025
2) A. Medvedev. Towards benchmarking the asynchronous progress of non-blocking MPI point-to-point and collective operations // Proceedings of ParCo conference, 2020 (in press).
3) B. Krasnopolsky. Predicting Performance of Classical and Modified BiCGStab Iterative Methods // Proceedings of ParCo conference, 2020 (in press).
4) A. Medvedev. IMB-ASYNC benchmark. https://github.com/a-v-medvedev/mpi-benchmarks

2. 17:15-18:00

Докукин С.А., аспирант
Физический факультет МГУ

Исследование самоорганизации и физических свойств поверхностного сплава платина-медь

Работа посвящена компьютерному моделированию формирования и физических свойств поверхностных сплавов Pt-Cu. В рамках данной работы были подобраны потенциалы межатомного взаимодействия Pt-Cu и Pt-Pt, разработан численный метод моделирования формирования поверхностных сплавов Pt-Cu. Были исследованы атомные механизмы, динамика и условия роста пальцеобразных выростов и фрактальных кластеров в поверхностном сплаве Pt/Cu(111). В поверхностном сплаве Pt/Cu(001) был исследован фазовый переход порядок-беспорядок при изменении концентрации платины, динамика растворения кластеров платины в меди, а также влияние атомов платины на скорость электромиграции вакансионных островов. Все результаты были получены на суперкомпьютерах Ломоносов и Ломоносов 2.

Ссылки по теме работы:

1) Dokukin, S. A.; Kolesnikov, S. V.; Saletsky, A. M. et al. Growth of the Pt/Cu(111) surface alloy: Self-learning kinetic Monte Carlo simulations. JOURNAL OF ALLOYS AND COMPOUNDS. 2018. V. 763. P. 719-727.
2) Dokukin, S. A.; Kolesnikov, S. V.; Saletsky, A. M. Efficient energy basin finding method for atomistic kinetic Monte Carlo models. COMPUTATIONAL MATERIALS SCIENCE. 2018. V. 155. P. 209-215.
3) Dokukin, S. A.; Kolesnikov, S., V; Saletsky, A. M. Dendritic growth of the Pt-Cu islands on Cu(111) surface: Self-learning kinetic Monte Carlo simulations. SURFACE SCIENCE. 2019. V. 689, UNSP 121464.
4) Dokukin, S. A.; Kolesnikov, S. V.; Saletsky, A. M. Diffusion-mediated processes in Pt/Cu(001) surface alloy. SURFACE SCIENCE. 2020. V. 692, 121515.

10 декабря 2019 г., 16:30

Иоффе И.Н., д.ф.-м.н., в.н.с.
Горюнков А.А., д.х.н., в.н.с.
Луконина Н.С., к.х.н., с.н.с.
Мазалева О.Н., к.ф.-м.н., н.с.
Химический факультет МГУ
(презентация, 4 Мб)

Внешнесферные, внутрисферные и каркасные процессы в фуллеренах и их производных

В исследовании углеродных наноструктур важную роль расчетные исследования методами квантовой химии. Большое количество близких по химическим свойствам углеродных центров обуславливает возможность протекания множества конкурирующих процессов. Теоретически допустимый изомерный состав продуктов реакций может быть весьма широк, а экспериментальное установление их строения по разным причинам затруднено. Отдельный интерес представляют эндоэдральные структуры, в которых имеет место перенос заряда с внутрисферных атомов металла или кластеров на углеродный каркас. Большой размер и большое число систем, которые оказывается необходимо рассмотреть, требуют привлечения суперкомпьютерных ресурсов.

Наши работы посвящены различным типам превращений, протекающих в фуллеренах и их производных. Их целью является как получение новых фундаментальных сведений о химии углеродных наноструктур, так и расчет свойств молекул, имеющих прикладной интерес в таких областях, как фотовольтаика. Среди главных направлений наших исследований можно упомянуть:

26 ноября 2019 г., 16:30

1. 16:30-17:15

Макаров В.Л., научный руководитель, академик РАН, д.ф.-м.н.
Бахтизин А.Р., директор, член-корр. РАН, д.э.н.
Сушко Е.Д., в.н.с., к.э.н.
Центральный экономико-математический институт РАН
(презентация, 16 Мб)

Суперкомпьютерные технологии в общественных науках: проблемы и перспективы развития

В настоящее время развитие суперкомпьютерных технологий является приоритетным направлением модернизации экономики России, которая позволит поднять степень ее технологического развития до уровня мировых лидеров. Отметим, что за последние годы появилось множество публикаций, описывающих опыт применения суперкомпьютеров для решения задач в естественных науках, в то время как для гуманитарных наук наблюдается брешь. На основе анализа большого количества зарубежных научных публикаций нами были конкретизированы основные направления использования суперкомпьютерных технологий применительно к общественным наукам. Ниже перечислены наиболее цитируемые из них и с указанием конкретных проектов:

• прогнозирование развития социально-экономических систем – стран, регионов, городов (примеры: проекты EURACE и FuturICT);
• воспроизведение исторических событий (примеры: (1) исследование гоминидов (Университет Цюриха); (2) средневековые военные походы – например, поход византийской армии на Манцикерт, 1071 г. н.э. (Школа информатики Бирмингемского университета));
• моделирование миграционных процессов (примеры: проекты Pandora; EURACE и FuturICT);
• моделирование распространения эпидемий (примеры: (1) Центр социальной и экономической динамики Брукингского института – Глобальная Агентная Модель пандемии (Global-Scale Agent Model (GSAM); (2) Институт биоинформатики Вирджинии – проект EpiFast);
• моделирование транспортных систем (примеры: (1) транспортный симулятор X10 от Токийской лаборатории компании IBM; (2) платформа POLARIS от Аргоннской национальной лаборатории);
• имитация и оптимизация пешеходного движения (пример: проект Университета Шеффилда);
• предсказание политических событий на основе сканирования новостей (пример: анализ контекстного содержания статей в Центре вычислительных наук университета Теннесси);
• прогнозирование экологического состояния окружающей среды и т.д. (примеры: EURACE; FuturICT; оценка Сценария национального планирования # 1 – плана федерального правительства Соединенных Штатов на ядерную атаку (National Planning Scenario 1 (NPS1)).

Основная цель доклада заключается в ознакомлении слушателей с наиболее известными проектами в этой области, а также с разработанной в ЦЭМИ РАН методологией построения агент-ориентированных моделей (STARS (Supercomputer Technology for Agent-oRiented Simulation)), реализующей методы эффективного переноса вычислительного ядра мультиагентной системы на архитектуру современного суперкомпьютера.

2. 17:15-18:00

Степаненко В.М., д.ф.-м.н., зам. дир.
Медведев А.И., аспирант
Богомолов В.Ю., к.ф.-м.н., н.с.
Дебольский А.В., программист
Марчук Е.А., техник
Дроздов Е.Д., студент
Лыкосов В.Н., д.ф.-м.н., чл.-корр. РАН, г.н.с.
(презентация, 15 Мб)

МГУ имени М.В. Ломоносова, Научно-исследовательский вычислительный центр
МГУ имени М.В. Ломоносова, Географический факультет
Институт мониторинга климатических и экологических систем СО РАН
Институт физики атмосферы им. А.М. Обухова РАН
Институт вычислительной математики им. Г.И. Марчука РАН
Гидрометеорологический научно-исследовательский центр России

Моделирование деятельного слоя суши как части климатической системы: физические и вычислительные аспекты

Модели деятельного слоя суши являются неотъемлемой частью систем прогноза погоды и моделей климата, т.к. на их основе рассчитываются потоки импульса, тепла, влаги и газовых компонент с поверхности в атмосферу. Модель суши ИВМ РАН-МГУ входит в состав модели Земной системы ИВМ РАН и в систему оперативного прогноза погоды ПЛАВ. Основу схемы деятельного слоя составляет одномерная модель тепловлагопереноса в почве, в которой вычисляется вертикальное распределение температуры и воды в трёх фазовых состояниях в каждой ячейке суши широтно-долготной сетки атмосферной модели. В каждой ячейке учитывается 5 типов поверхности: сухая растительность, растительность, покрытая перехваченными осадками, обнажённая почва, снег и водные объекты. Термодинамическое состояние водоёмов рассчитывается на основе одномерной по вертикали модели LAKE. Уровень и расход воды в реках находится из уравнений диффузионной волны, а температуры – из решения одномерного (вдоль реки) уравнения притока тепла. Модель суши может использоваться отдельно от модели климата, если атмосферное воздействие известно из наблюдений. В докладе приводятся примеры применения схемы деятельного слоя ИВМ РАН-МГУ для задач гидрологии суши.

Параллельная реализация стандартной версии схемы выполнена с использованием стандарта MPI на основе широтно-долготной декомпозиции расчётной области; при этом, решение одномерных по вертикали систем уравнений не требует обменов между MPI-процессами. Новая модель речной сети вводит в модель деятельного слоя горизонтальные зависимости, требующие разработки новых подходов к распараллеливанию.

12 ноября 2019 г., 16:30

1. 16:30-17:15

Шайтан А.К., в.н.с.
Биологический факультет МГУ
(презентация, 90 Мб)

Интегративное и суперкомпьютерное моделирование нуклеосом

Информация об устройстве живых организмов записана в виде последовательности нуклеотидов в молекулах ДНК. Несмотря на существенный прогресс в понимании основ генетического кода, мы до сих пор плохо понимаем, каким образом происходит активация и регуляция считывания отдельных участков кода на молекуле ДНК. У высших организмов эти процессы неразрывно связаны с необходимостью компактизации ДНК в ядрах клеток. Базовой единицей компактизации ДНК является нуклеосома -- комплекс белков гистонов и около 200 пар оснований молекулы ДНК. Нуклеосомы являются полиморфными структурами, как с конформационной точки зрения, так и с точки зрения своего состава. В данном докладе будут обсуждаться полученные нами результаты по использованию комбинированных вычислительных и экспериментальных подходов для изучения динамики нуклеосом, а также положения, динамики и перемещения ДНК на нуклеосомах. Будут обсуждаться подходы к молекулярному моделированию динамики нуклеосом для описания процессов, происходящих в различных диапазонах времен с использованием суперкомпьютерных технологий. Работа выполнена при поддержке Российского Научного Фонда (грант №18-74-10006).

2. 17:15-18:00

Сычева А.А., м.н.с.
Рахимов А.Т., д.ф.-м.н., проф., зав. отделом
Рахимова Т.В., к.ф-м.н., в.н.с.
Воронина Е.Н., к.ф-м.н., с.н.с.
Палов А.П., к.ф-м.н., с.н.с.
Научно-исследовательский институт ядерной физики имени Д.В. Скобельцына
(презентация, 5 Мб)

Особенности моделирования физического распыления нанопористых Si-содержащих материалов ионами инертных газов низких энергий

В настоящее время нанопористые органосиликатные пленки с ультранизкой диэлектрической проницаемостью (low-k диэлектрики) широко применяются для изоляции проводящих элементов в межслойных соединениях сверхбольших интегральных схем. При обработке плазмой, которая широко применяется при изготовлении элементов электроники, воздействие радикалов, ионов и ВУФ фотонов может вызывать деградацию свойств таких материалов, в том числе повышение их диэлектрической проницаемости. Для снижения степени деградации low-k пленок под действием плазмы крайне важно исследовать процессы физического распыления нанопористых материалов ионами инертных газов низкой энергии (до 200 эВ). Моделирование с использованием метода молекулярной динамики является перспективным инструментом изучения указанных процессов, однако требует разработки алгоритма, корректно описывающего взаимодействие в исследуемой системе.

В докладе будут рассмотрены:

В докладе представлены результаты, демонстрирующие влияние межатомных потенциалов на исследуемые процессы, проанализированы особенности механизмов физического распыления нанопористых материалов в зависимости от радиуса пор и пористости и также описаны структурные изменения, происходящие в нанопористых пленках под действием легких и тяжелых ионов низкой (до 200 эВ) энергии.

29 октября 2019 г., 16:30

1. 16:30-17:15

Лемак С.С., д.ф.-м.н., профессор
Чертополохов В.А., н.с.
Лаборатория МОИДС механико-математического факультета МГУ

Перспективы совместного применения суперкомпьютерных комплексов и систем виртуальной реальности

Повышение качества современных тренажерных систем на базе технологии виртуальной реальности достигается за счет частичной автоматизации выставления оценки оператору. В докладе будет рассмотрена предложенная коллективом лаборатории МОИДС МГУ имени М.В. Ломоносова методика максиминного тестирования качества выполнения операций. Стратегия тестирования формируется в результате решения игровой задачи между управлением и возмущениями, действующими на систему.

В каждом конкретном случае для решения игровой задачи могут использоваться различные подходы:

1. Объективная оценка точности алгоритма управления может быть получена при наличии седловой точки в игровой задаче. При отсутствии седловой точки в чистых стратегиях возможно использовать смешанные (вероятностные) стратегии тестирования, которые гарантируют ее наличие. В отдельных случаях дифференциальная игра сводится к матричной игре высокой размерности. Применение высокопроизводительных параллельных вычислений требуется для повышения дискретизации множества и, как следствие, качества проведения тренировок. Существенным недостатком данного подхода является необходимость многократного повторения тренировок, что сложно реализуемо в некоторых задачах.
2. В условиях невозможности проведения большого количества тренировок предлагается использование позиционных стратегий тестирования, которые также гарантируют наличие седловой точки в игре. Такой подход требует производить большое количество вычислений в реальном времени. Методика была разработана в 2015 году, но не имела практического применения в связи с нехваткой вычислительных ресурсов в системах виртуальной реальности. Реализация позиционных стратегий тестирования возможна за счет создания высокоскоростного соединения между суперкомпьютерным кластером и системой виртуальной реальности. При этом, для позиционных стратегий общие вычислительные затраты будут существенно ниже, чем для смешанных стратегий тестирования.

Также в докладе будут рассмотрены перспективные задачи, включающие совместное использование суперкомпьютерных технологий и стендов виртуальной реальности:

1. Удаленный рендеринг сцен для мобильных устройств.
2. Визуальная аналитика.
3. Визуализация интерактивных сплошных сред при отображении динамических процессов (течение, разрушение).

2. 17:15-18:00

Кшевецкий С.П., БФУ им. И. Канта, д.ф.-м.н., профессор
Алексеева Л.М., НИИЯФ МГУ, к.ф.-м.н., н.с.
(презентация, 1 Мб)

Суперкомпьютерное моделирование нелинейных волновых процессов в атмосфере Земли и на Солнце

Суперкомпьютерная программа "AtmoSym" разработана для моделирования нелинейных волновых процессов в атмосфере и используется сейчас в БФУ им. И. Канта, СпбГУ, ИЗМИРАН для выполнения научных вычислений. Расчеты выполняются, в частности, на суперкомпьютере "Ломоносов".

Для создания численного метода и программы использованы современные интеллектуальные компьютерные технологии. Численный метод и код программы были разработаны и написаны специально построенной для этого программой-роботом, написанной на языке символьных вычислений. Программа-робот строит численный метод, доказывая теоремы устойчивости и сходимости, и затем пишет код вычислительной программы, с оптимизацией вычислений. Код очень высоко-производительный и позволяет решать многие задачи, прежде недоступные для моделирования. Показан пример расчета образования турбопаузы в атмосфере на высотах около 100 км. Также будут коротко представлены результаты моделирования процессов на Солнце, полученные с помощью программы "PLAZMAT" разработанной с помощью аналогичных интеллектуальных компьютерных технологий. Будет представлен небольшой фильм, основанный на численном моделировании процессов на Солнце, и результаты моделирования сравниваются с наблюдениями NASA.

Ссылки по теме работы:

1) Yu. A. Kurdyaeva, S. P. Kshevetskii, N. M. Gavrilov, S. N. Kulichkov Correct Boundary Conditions for the High-Resolution Model of Nonlinear Acoustic-Gravity Waves Forced by Atmospheric Pressure Variations Published: 15 June 2018 by Springer Nature Pure and Applied Geophysics , Volume 175, pp 3639-3652; doi:10.1007/s00024-018-1906-x
2) Gavrilov N.M., Kshevetsky S.P. Гаврилов, Н. М. & Кшевецкий, С. П Features of the supersonic gravity wave penetration from the Earth's surface to the upper atmosphere : Radiophysics and Quantum Electronics. 61, 4, P. 243-252 DOI: 10.1007/s11141-018-9885-4.
3) Yu.A. Kurdyaeva, S.P. Kshevetskii, N.M. Gavrilov, E.V. Golikova. Well-Posedness of a Problem of Propagation of Nonlinear Acoustic-Gravity Waves in the Atmosphere Generated by Surface Pressure Variations. Numerical Analysis and Applications, Numer. Analys. Appl. (2017) 10: 324. https:/doi.org/10.1134/S19995423917040048
4) P. Wojda, S. Kshevetskii Oriented Gaussian beams for high-accuracy computation with accuracy control of X-ray propagation through a multi-lens system. J. Synchrotron Rad. 2019. 26, https://doi.org/10.1107/S1600577518017368
5) L. M. Alekseeva · S. P. Kshevetskii ·Numerical MHD Simulatiion of the coupled evolution of collisional plasma and magnetic field in the Solatr hromosphere. Gradual and impulsive energization. Solar Physics. 08/2015; DOI:10.1007/s11207-015-0788-7
6) Gavrilov N.M., Kshevetskii S.P., Koval A. V. Verifications of the high-resolution numerical model and polarization relations of atmospheric acoustic-gravity waves // Geoscientific Model Development 2015. 8(6):1831-1838.
7) Kshevetskii S.P, Kuliuchkov S.N. Effects that internal gravity waves from convective clouds have on atmospheric pressure and spatial temperature-disturbance distribution // Izvestiya. Atmospheric and Oceanic Physics, 2015, Volume 51, Issue 1. , pp 42-48
8) Карпов И.В., Кшевецкий С.П. Механизм формирования крупномасштабных возмущений в верхней атмосфере от источников АГВ на поверхности Земли // Геомагнетизм и аэрономия, 2014,Т. 54, N 4, С. 553-562
9) Gavrilov N.M., Kshevetskii S.P. Three-dimensional numerical simulation of nonlinear acoustic-gravity wave propagation from the troposphere to the thermosphere // Earth, Planets and Space 2014, 66:8.
10) Gavrilov N.M., Kshevetskii S.P . Numerical modeling of the propagation of nonlinear acoustic-gravity waves in the middle and upper atmosphere // Izvestiya. Atmospheric and Oceanic Physics, January 2014, Volume 50, Issue 1. pp 66-72

15 октября 2019 г., 16:30

1. 16:30-17:15

Канаев А.А., к.ф.-м.н.
Глотов В.Ю., к.ф.-м.н.
Институт проблем безопасного развития атомной энергетики РАН
Лаборатория математических алгоритмов и суперкомпьютерных технологий моделирования многофазных многокомпонентных турбулентных течений
(презентация, 50 Мб)

Применение методики КАБАРЕ для численного моделирования задач водородной безопасности

Задачи водородной безопасности включают в себя как задачи водородной взрывобезопасности на АЭС, так и задачи безопасности гражданской водородной энергетики. Современные суперкомпьютерные вычислительные мощности позволяют для анализа задач водородной безопасности использовать методы вычислительной гидродинамики (CFD). В ИБРАЭ РАН для численного моделирования задач анализа водородной безопасности разрабатывается программное средство на основе известной методики КАБАРЕ. В отличие от полуэмпирических подходов к моделированию турбулентности, используемых в современных инженерных кодах, методика КАБАРЕ не имеет настроечных параметров, что позволяет снизить число неопределенностей и, тем самым, повысить предсказательную силу при моделировании турбулентных течений. В докладе будут рассмотрены технические вопросы реализации применения этой методики для проведения высокопараллельных расчетов, а также приведены примеры результатов моделирования зарубежных экспериментов, посвященных вопросам водородной безопасности.

С ключевой идеей метода КАБАРЕ можно ознакомиться в монографии "Новые алгоритмы вычислительной гидродинамики для многопроцессорных вычислительных комплексов" Головизин В.М., Зайцев М.А., Карабасов С.А., Короткин И.А., Издательский Дом МГУ

2. 17:15-18:00

Брюханов И.А., к.ф.-м.н., н.с., НИИ механики МГУ
Рыбаков А.А., к.ф.-м.н., н.с., Химический факультет МГУ
Ларин А.В., к.х.н., в.н.с., Химический факультет МГУ
(презентация, 36 Мб)

Атомистическое моделирование механических и физико-химических свойств пористых материалов при адсорбции газов

Цеолиты - алюмосиликаты с регулярно расположенными порами, являются перспективными материалами для создания мембран, способных поглощать углекислый газ, предотвращая его выброс в атмосферу. Цеолиты активно используются в качестве катализаторов в нефтепереработке, а также при разделении и осушке газовых смесей и углеводородов.

В докладе будут представлены результаты исследования свойств цеолитов, в порах которых происходит адсорбция воды и углекислого газа. Методами ab initio молекулярной динамики (AIMD) и ciNEB, реализованными в пакете VASP, изучены механизмы хемосорбции углекислого газа в катионных формах цеолитов с образованием карбонатов, и показано, что карбонаты могут существенно влиять на процесс разделения газовых смесей с СО2 в цеолитах. Наиболее значимая иллюстрация активности карбонатов, и связанного с ними движения катионов в цеолитах, была построена AIMD методом с помощью пакета VASP в пс-шкале времени. Влияние адсорбции углекислого газа и паров воды на упругие свойства цеолитов изучено методом DFT, и полученные результаты сопоставлены с известными экспериментальными данными.

1 октября 2019 г., 16:30

1. 16:30-17:15

Сетуха А.В., д.ф.-м.н., проф., в.н.с., МГУ им. М.В. Ломоносова
Апаринов А.А., к.ф.-м.н., с.н.с., ЦАГИ им. Н.Е. Жуковского
Ставцев С.Л., к.ф.-м.н., доцент, с.н.с., ИВМ РАН
Фетисов С.Н., инженер-конструктор, ОКБ им. А. Люльки
(презентация-ч.1, 3 Мб)
(презентация-ч.2, 1 Мб)

Суперкомпьютерные технологии при реализации метода граничных интегральных уравнений в задачах электромагнитного рассеяния

В докладе рассказывается о разработке и программной реализации методов решения задач рассеяния монохроматических электромагнитных волн на телах сложной формы, основанных на применении граничных интегральных уравнений. Эффективность такого подхода связана с тем, что при этом расчетная сетка строится только на границах облучаемых тел, отпадает проблема расширения расчетной области для выполнения условий на бесконечности. Тем не менее, в задачах для тел со сложной геометрией, а также с большими электродинамическими размерами (т.е. большим отношением размеров тела к длине волны), приходится решать системы линейных уравнений с большим числом неизвестных, причем, матрицы этих систем являются заполненными. Повышение вычислительных возможностей с точки зрения сложности геометрии облучаемых объектов и диапазона длин волн в работах авторов осуществляется комплексно: за счет уточнения используемых квадратурных формул, за счет применения специальных методов сжатия плотных матриц и итерационных методов решения систем линейных уравнений в сжатом формате, за счет применения параллельных вычислений. При этом специфика проблемы состоит в том, что критическим ограничением по возможности решения той или иной конкретной задачи является не столько время вычислений, сколько затраты памяти ЭВМ на хранение матрицы системы линейных уравнений. Описание используемых численных методов, особенности параллельный программной реализации этих методов и примеры решаемых задач будут приведены в докладе.

Ссылки по теме работы:

1) Zakharov E. V., Ryzhakov G. V., Setukha A. V. Numerical solution of 3d problems of electromagnetic wave diffraction on a system of ideally conducting surfaces by the method of hypersingular integral equations // Differential Equations. — 2014. — Vol. 50, no. 9. — P. 1240–1251.
2) Zakharov E. V., Setukha A. V., Bezobrazova E. N. Method of hypersingular integral equations in a three-dimensional problem of diffraction of electromagnetic waves on a piecewise homogeneous dielectric body // Differential Equations. — 2015. — Vol. 51, no. 9. — P. 1197–1210.
3) Setukha A. V., Bezobrazova E. N. The method of hypersingular integral equations in the problem of electromagnetic wave diffraction by a dielectric body with a partial perfectly conducting coating // Russian Journal of Numerical Analysis and Mathematical Modelling. — 2017. — Vol. 32, no. 6. — P. 371–380.
4) Setukha A., Fetisov S. The method of relocation of boundary condition for the problem of electromagnetic wave scattering by perfectly conducting thin objects // Journal of Computational Physics. — 2018. — Vol. 373. — P. 631–647.
5) Aparinov A. A., Setukha A. V., Stavtsev S. L. Parallel implementation for some applications of integral equations method // Lobachevskii Journal of Mathematics. — 2018. — Vol. 39, no. 4. — P. 477–485.
6) Fetisov S. N., Setukha A. V. Numerical solution of problem of electromagnetic wave diffraction by a perfectly conducting body of small thickness // 2017 Progress In Electromagnetics Research Symposium - Spring (PIERS), St Petersburg, Russia, 22-25 May. — IEEE Conference Proceedings. — IEEE, 2017. — P. 2721–2727.
7) Aparinov A., Setukha A., Stavtsev S. Supercomputer modelling of electromagnetic wave scattering with boundary integral equation method // Communications in Computer and Information Science. — 2017. — Vol. 793. — P. 325–336.

2. 17:15-18:00

Яковенко И.С., к.ф.-м.н., с.н.с.
Киверин А.Д., к.ф.-м.н., зав. лаб.
Объединенный Институт Высоких Температур РАН
(презентация, 12 Мб)

Детальное численное моделирование нестационарных процессов горения газовых смесей и газовзвесей с использованием суперкомпьютеров

Численное моделирование нестационарных процессов горения газовых смесей и газовзвесей представляет собой одну из наиболее трудоемких задач вычислительной физики. Процессы горения газовых смесей и газовзвесей характеризуются широким спектром пространственных и временных масштабов, что диктует жесткие требования к объему вычислительных ресурсов, необходимых для детального моделирования горения. Решение актуальных фундаментальных и прикладных задач физики горения и взрыва невозможно без использования эффективных расчетных методик и высокопроизводительных суперкомпьютерных вычислительных систем. В докладе будут представлены основные результаты авторов в области численного анализа задач нестационарного развития волн горения в газовых смесях и газовзвесях, а также используемые авторами подходы и методики численного моделирования процессов горения с использованием многопроцессорных вычислительных систем.

Ссылки по теме работы:

1) Ivanov M.F., Kiverin A.D., Yakovenko I.S., Liberman M.A. “Hydrogen-oxygen flame acceleration and deflagration-to-detonation transition in three-dimensional rectangular channels with no-slip walls” International Journal of Hydrogen Energy, 2013, vol. 38, is. 36, pp. 16427-16440. DOI:10.1016/j.ijhy­dene.2013.08.124
2) V.P. Efremov, M.F. Ivanov, A.D. Kiverin, I.S. Yakovenko “Mechanisms of direct detonation initiation via thermal explosion of radiatively heated gas-particles layer”, Results in Physics, 2015, vol. 5, pp. 290-296. DOI­:10.1016/j.rinp.2015­.10.003
3) A.D. Kiverin, I.S. Yakovenko, M.F. Ivanov “On the structure and stability of supersonic hydrogen flames in channels” International Journal of Hydrogen Energy, 2016, vol. 41, is. 47, pp. 22465–22478. DOI:10.1016/j.ijh­ydene.2016.10.007
4) I.S. Yakovenko, M.F. Ivanov, A.D. Kiverin, K.S. Melnikova “Large-scale flame structures in ultra­lean hydrogen-air mixtures”, International Journal of Hydrogen Energy, 2018, vol. 43, pp. 1894-1901. DOI: 10.1016/j.ijhy­dene.2017.11.138
5) Kiverin A.D., Yakovenko I.S. “Evolution of wave patterns and temperature field in shock-tube flow” Physical Review Fluids, 2018, V. 3, Is. 5, 053201. DOI: 10.1103/PhysRevFluids.­3.053201
6) Kiverin A.D. Yakovenko I.S. “Ignition and detonation onset behind incident shock wave in the shock tube” Combustion and Flame, 2019, V. 204, P. 227-236. DOI: 10.1016/j.combustfl­ame.2019.03.012

4 июня 2019 г., 16:30

1. 16:30-17:15

Суплатов Д.А., к.х.н., с.н.с. НИИ ФХБ им. А.Н. Белозерского МГУ
Воеводин В.В., д.ф.-м.н., чл.-корр. РАН, проф. ВМК МГУ, зам. директора НИВЦ МГУ
Швядас В., д.х.н., проф. ФББ МГУ
(презентация, 8 Мб)

Установление взаимосвязи между структурой и функциональными свойствами белков/ферментов с использованием методов компьютерной биологии и разработка предсказательных алгоритмов

Установление взаимосвязи между структурой и функциональными свойствами белков/ферментов является одной из наиболее актуальных задач биологии, важных как для фундаментального понимания организации и функционирования живых систем, так и для использования этих знаний в медицине и биотехнологии. Накопление существенного объема данных о последовательностях, структурах и функциях ферментов, примеров аллостерических белков, открытие явления мунлайтинга, загадки псевдоферментов, появление возможностей сравнительного анализа суперсемейств белков на различных уровнях структурной организации, а также развитие современных компьютерных технологий позволяет приступить к работе над проблемой соотношения структуры и функции белков/ферментов на качественно новом уровне. Целью продолжающегося исследования является разработка многослойной биоинформатической платформы, позволяющей изучать взаимосвязь между структурой и механизмом действия белков/ферментов, предсказывать точечные изменения структуры белков для направленного изменения их свойств и получения улучшенных препаратов полезных ферментов, идентифицировать ранее неизвестные функциональные и регуляторные сайты в структурах белков и комплементарные им селективные модуляторы, предсказывать новые функции в известных белках/ферментах. Для этого будут использованы три уровня компьютерного моделирования: биоинформатический анализ всех доступных структур и последовательностей белков/ферментов функционально разнообразных суперсемейств; методы молекулярного моделирования; автоматизированный интеллектуальный анализ текстов. С программно-аппаратной точки зрения, речь идет о нескольких конвейерах из последовательных этапов, исполняемых различными программами, предъявляющими свои требования к ресурсам. Вычислительная сложность отдельных этапов в рамках конкретного конвейера может быть эквивалентной, либо может существенно отличаться друг от друга. В свою очередь, каждый этап может быть отнесен к одному из двух алгоритмических типов: разделяемый на подзадачи, решение которых требует межпроцессорного обмена данными в процессе исполнения, либо разделяемый на подзадачи, решение которых может быть организовано раздельно и без обмена данными в процессе исполнения. Подобная структура создает основу для кодизайна, т.е. создания оптимального единого решения за счет взаимосвязанной разработки программного обеспечения и выбора аппаратной конфигурации для каждой стадии и отдельно взятой программы. Первая версия инструментов биоинформатики реализована в виде публичной веб-платформы https://biokinet.belozersky.msu.ru/mustguseal, что открывает доступ к новому ресурсу для широкого круга пользователей.

Ссылки по теме работы:

1) Suplatov D.A., Kopylov K.E., Popova N.N., Voevodin V.V., Švedas V.K. (2018) Mustguseal: a Server for Multiple Structure-Guided Sequence Alignment of Protein Families. Bioinformatics, 34(9), 1583-1585. DOI: 10.1093/bioinformatics/btx831
2) Suplatov D.A., Timonina D.S., Sharapova Y.A., Švedas V.K. (2019) Yosshi: a web-server for disulfide engineering by bioinformatic analysis of diverse protein families. Nucleic Acids Res., DOI: 10.1093/nar/gkz385
3) Shegay M., Suplatov D., Popova N., Švedas V., Voevodin Vl. (2019) parMATT: Parallel multiple alignment of protein 3D-structures with translations and twists for distributed-memory systems, Bioinformatics DOI: 10.1093/bioinformatics/btz224

2. 17:15-18:00

Глаголев М.К., н.с.
Лазутин А.А., с.н.с.
Василевская В.В., в.н.с.
ИНЭОС РАН
(презентация, 12 Мб)

Мультимасштабное и огрубленное моделирование самоорганизации в полимерных системах методом молекулярной динамики

Исследование полимерных систем методом молекулярной динамики (МД) позволяет получить полную информацию о происходящих процессах, микроскопических и макроскопических свойствах материалов и их взаимосвязи, рассмотреть выходящие за рамки теории вопросы в полностью контролируемом эксперименте. МД-моделирование воспроизводит кинетику полимерных систем, но сопряжено с медленным исследованием фазового пространства, что определяет необходимость длительных расчётов. Это особенно актуально при изучении процессов самоорганизации и самоупорядочения, и во многих случаях требует слишком больших для полноатомного моделирования вычислительных ресурсов. В связи с этим в последние годы активно разрабатываются огрублённый и мультимасштабный подходы. Используя ресурсы Суперкомпьютерного центра МГУ, мы провели серию исследований самоорганизации амфифильного полимера с локальной спиральной структурой основной цепи с использованием огрублённой модели. Показано, что такие полимеры способны к селективному формированию фибрилл, а в смесях с гибкими макромолекулами – к индуцированию самоупорядочения последних. При этом гибкие цепи служат “пластификатором”, повышая общую степень упорядочения в системе. В мультимасштабном подходе параметры огрубленной модели подбираются на основе фазовых траекторий полноатомного моделирования, благодаря чему такие модели отражают детали поведения реальных систем, и могут быть преобразованы обратно в полноатомное представление. С использованием данного подхода был исследован синтез сверхсшитого полистирола, что позволило объяснить аномальные сорбционные свойства данного материала, и разработана мультимасштабная модель полимолочной кислоты.

Ссылки по теме работы:

1) M. K. Glagolev, V. V. Vasilevskaya, A. R. Khokhlov. Self-organization of amphiphilic marcomolecules with local helix structure in concentrated solutions. J. Chem. Phys., 2012, Vol. 137, 084901.
2) Mikhail K. Glagolev, Valentina V. Vasilevskaya, Alexei R. Khokhlov. Effect of Induced Self-Organization in Mixtures of Amphiphilic Macromolecules with Different Stiffness. Macromolecules, 2015, 48 (11), pp 3767–3774.
3) M. K. Glagolev, V. V. Vasilevskaya, A. R. Khokhlov. Domains in mixtures of amphiphilic macromolecules with different stiffness of backbone. Polymer, 2017, 125, 234-240.
4) A. A. Lazutin, M. K. Glagolev, V. V. Vasilevskaya and A. R. Khokhlov. Hypercrosslinked polystyrene networks: An atomistic molecular dynamics simulation combined with a mapping/reverse mapping procedure. J. Chem. Phys., 2014, Vol. 140, 134903.
5) Mikhail K. Glagolev, Alexei A. Lazutin, Valentina V. Vasilevskaya, Alexei R. Khokhlov. Influence of cross-linking rate on the structure of hypercrosslinked networks: Multiscale computer simulation. Polymer, 2016, 86, 168-175.
6) M. Glagolev, A. Glova, D. Mezhenskaia, S. Falkovich, S. Larin, V. Vasilevskaya, S. Lyulin. Coarse-grained A-graft-B model of poly(lactic acid) for molecular dynamics simulations. Journal of Polymer Science, Part B: Polymer Physics, 2018, 56, 604-612.
7) M. K. Glagolev, V. V. Vasilevskaya. Reverse mapping algorithm for multi-scale numerical simulation of polylactic acid. Supercomputing Frontiers and Innovations, 2018, 5 (3), 103-106.

21 мая 2019 г., 16:30

1. 16:30-17:15

Гумеров Р.А., Рудов А.А., Портнов И.В., Филиппов С.А., Потемкин И.И.
Физический факультет МГУ им. М.В. Ломоносова
(презентация, 78 Мб)

Компьютерное моделирование полимерных микрогелей в растворах и на поверхностях

Под полимерными микрогелями понимаются растворимые в воде коллоидные сетки размерами от десятков нанометров до нескольких микрон. В отличие от твердых коллоидных частиц, данные макромолекулярные объекты способны изменять свои размеры (набухать или коллапсировать) посредством внешних воздействий, таких как температура, уровень pH, свет, и т.д. Также, микрогели способны сильно деформироваться при абсорбции на границу раздела несовместимых жидкостей или твердую поверхность и таким образом, занимать большую площадь с более высокой кинетикой адсорбции. Все приведенные свойства позволяют говорить о микрогелях как о нанообъектах с широким диапазоном технологических приложений, таких как стабилизация мелкодисперсных эмульсии, создание мембран с контролируемой проницаемостью, а также разработка эффективных молекулярных контейнеров для адресной доставки лекарств.

В докладе будут представлены результаты исследования фундаментальных свойств полимерных микрогелей различной архитектуры в растворе, на межфазной жидкой границе и на твердой поверхности методами компьютерного моделирования. Будут рассмотрены основные эффекты, предсказываемые в моделировании. Для ряда систем будет проведено сравнение с экспериментальными данными. Также, будут обсуждены перспективны развития подходов и методов в изучении микрогелей в будущем.

2. 17:15-18:00

Безруков Д.С.
Химический факультет МГУ им. М.В. Ломоносова
(презентация, 4 Мб)

Многомасштабное моделирование матрично-изолированных систем

Исследование матрично-изолированных систем были предложено ~60 лет назад как инструмент изучения неустойчивых короткоживущих систем. Основная идея экспериментального подхода заключалась в том, чтобы стабилизировать нестабильное состояние атомной или молекулярной системы матрицей для возможности изучения различными спектральными техниками. Наиболее распространенными являются матрицы инертных газов, которые с одной стороны оказывают малое возмущение на изучаемый объект, а с другой - прозрачны в широком диапазоне энергий. Вместе с тем, полученные результаты тем не менее потребовали привлечения теоретических данных для интерпретации полученных данных. Существующие на сегодняшний день основные подходы моделирования таких систем основаны на ряде спорных утверждений и часто не позволяют получать качественно согласующиеся с экспериментом результаты.

В докладе будет представлен метод моделирования термодинамически стабильных матричных ловушек одиночных атомов и малоатомных молекул. На ряде примеров будет продемонстрирована вся последовательность исследования, начиная от неэмпирических расчетов малоатомных систем и заканчивая моделированием термодинамических ансамблей. Достоверность полученных результатов подтверждается моделированием различных спектральных характеристик исследуемых систем. Отдельно также будет обсуждаться ряд современных задач в области исследования матрично-изолированных систем. В заключении будут представлены систематические результаты, позволяющие качественно проводить быструю оценку возможных сайтов захвата на основании данных о малоатомных системах.

23 апреля 2019 г., 16:30

1. 16:30-17:15

Новиков В.Б., Мурзина Т.В.
Физический факультет МГУ им. М.В. Ломоносова

Моделирование генерации второй оптической гармоники в одномерных фотонных кристаллах в геометрии Лауэ

В области нелинейной оптики частотное преобразование света играет важную роль, позволяя получать излучение с новыми длинами волн, отличными от длин волн используемых лазерных источников света. Примером такого нелинейного процесса является генерация второй оптической гармоники (ГВГ) при которой в нелинейной среде возникает свет с удвоенной частотой. Большое внимание уделяется повышению эффективности ГВГ при помощи искусственных периодических диэлектрических структур или фотонных кристаллов (ФК). Благодаря периодичности, ФК обладают сильной решеточно-индуцированной дисперсией света, позволяя выполнить условия квази-синхронизма, удовлетворение которого является наиболее важным требованием для эффективной ГВГ. Поскольку интенсивность второй гармоники (ВГ) квадратично зависит от интенсивности накачки, для ГВГ применяются сфокусированные сверхкороткие лазерные импульсы света. В этом случае динамика лазерного поля внутри в протяженных ФК является определяющей при ГВГ.

В докладе будут представлены результаты исследования ГВГ в одномерных ФК в геометрии Лауэ при помощи световых пучков и фемтосекундных лазерных импульсов. Изучено влияние эффекта временного деления лазерных импульсов и ограниченности радиуса светового пучка на ГВГ. Показано, что выбором параметров ФК возможно согласовать фазовые и групповые скорости электромагнитных мод накачки и ВГ. Выбор оптимально длительности лазерных импульсов дает возможность повысить эффективность ГВГ.

2. 17:15-18:00

Митрофанов А.А., Матвеев П.И., Андреади Н.Г., Смирнова А.А., Ткаченко В., Калмыков С.Н.
Химический факультет МГУ им. М.В. Ломоносова
Science Data Software, Rockville MD

Computational radiochemistry: моделирование процесса комплексообразования f-элементов

Образование комплексов f-элементов (лантаноидов, актиноидов) - один из базовых радиохимических процессов, лежащий в основе как технологий по переработке отработавшего ядерного топлива, селективного выделения металлов из минерального сырья, так и разработке новых радиофармпрепаратов - лекарственных средств, содержащих нестабильные радионуклиды. При этом, исключительно экспериментальная разработка новых комплексообразователей, помимо очевидных финансовых и временных затрат, сопряжена еще и с повышенной дозовой нагрузкой на персонал. Поэтому, использование методов компьютерного моделирования существенно упрощает процесс разработки.

В докладе будет представлен обзор численных подходов, применяющихся для моделирования процессов комплексообразования - от квантовой химии до методов глубокого машинного обучения. Все предложенные методы будут рассмотрены в применении к реальным радиохимическим задачам, будет представлено сравнение теоретических и экспериментальных результатов.

9 апреля 2019 г., 16:30

1. 16:30-17:15

Кузнецов А.Н., д.х.н., чл.-корр. РАН, в.н.с.
Химический факультет МГУ им. М.В. Ломоносова, кафедра неорганической химии

Современные подходы к квантовохимическому описанию твердых тел на примере исследования связей 'металл-металл' в интерметаллических соединениях и их производных

Квантовая химия в настоящее время играет ключевую роль при описании электронной структуры как изолированных молекул и ионов, так и периодических кристаллов. С этой точки зрения ее можно рассматривать как еще один из инструментальных методов исследования химических соединений, со своими особенностями и спецификой получаемой информации. Особенно велика ее роль в описании химической связи в нетривиально устроенных соединениях, таких как интерметаллиды и их производные, основанных на системах связей "металл-металл" различной природы и размерности.

На примере как литературных, так и собственных данных докладчика, в докладе рассматриваются современные подходы к описанию электронной структуры кристаллов и самые последние достижения в области описания химической связи и ее индикаторов в орбитальном и прямом пространстве, их возможности и ограничения. В докладе демонстрируются примеры совершенно различных схем связывания, встречающихся в объектах под собирательным названием "интерметаллиды" и называемых обобщенным выражением "связи металл-металл". Также в докладе иллюстрируются вычислительные трудности, связанные с получением необходимой расчетной информации.

Ссылки по теме работы:

1) M.S. Likhanov, V.Y. Verchenko, A.N. Kuznetsov, A.V. Shevelkov. ReGa0.4Ge0.6: Intermetallic compound with pronounced covalency in the bonding pattern. Inorg. Chem., 2019,58(4), 2822–2832.
2) T.A. Shestimerova, N.A. Yelavik, A.V. Mironov, A.N. Kuznetsov, M.A. Bykov, A.V. Grigorieva, V.V. Utochnikova, L.S. Lepnev, A.V. Shevelkov. From isolated anions to polymer structures through linking with I2: Synthesis, structure, and properties of two complex bismuth(III) iodine iodides. Inorg. Chem., 2018, 57(7), 4077–4087.
3) I. V. Plokhikh, D. O. Charkin, A. N. Kuznetsov, V.Y. Verchenko, I.A. Ignatiev, S.M. Kazakov, A.A. Tsirlin, and A.V. Shevelkov. New clathrate-like compound Eu7Cu44Sb23-δ: synthesis, crystal and electronic structure, and the effect of As-for-Sb substitution on the magnetic properties. Intermetallics, 2018, 98(07), 1–10.
4) A. N. Kuznetsov, E. A. Stroganova, A. A. Serov, D. I. Kirdyankin, and V. M. Novotortsev. New quasi-2D nickel-gallium mixed chalcogenides based on the Cu3Au-type extended fragments. J. Alloys Compd., 2017, 696, 413–422.
5) I.V. Plokhikh, D.O. Charkin, V.Yu. Verchenko, A.N. Kuznetsov, S.M. Kazakov, A.A. Tsirlin, A.V. Shevelkov. Structural and thermodynamic stability of the “1111” structure type: A case study of the EuFZnPn series. Inorg. Chem., 2016, 55, 12409–12418.
6) E.Yu. Zakharova, N.A. Andreeva, S.M. Kazakov, A.N. Kuznetsov. Ternary arsenides based on platinum-indium and palladium-indium fragments of the Cu3Au-type: crystal structures and chemical bonding. J. Alloys Compd., 2015, 621, 307-313.
7) Kuznetsov A.N., Kloo L., Lindsjo M., Rosdahl J., Stoll H. Ab Initio Calculations on Bismuth Cluster Polycations. Chem. Eur. J., 2001, 7, 2821-2828.

2. 17:15-18:00

Довгалюк Ю.А., к.ф.-м.н., в.н.с.
Веремей Н.Е., к.ф.-м.н., в.н.с.
Торопова М.Л., м.н.с.
Федеральное государственное бюджетное учреждение
"Главная геофизическая обсерватория им. А.И.Воейкова"

Опыт применения суперкомпьютерного комплекса МГУ для трехмерного численного моделирования конвективных облаков, осадков и грозового электричества

В организациях Росгидромета под руководством ФГБУ "ГГО" ведется работа по разработке и усовершенствованию численной нестационарной трехмерной модели осадкообразующего конвективного облака. Она используется для решения ряда фундаментальных и прикладных задач метеорологии. Модель реализована на суперкомпьютере "Ломоносов-1". В докладе обосновывается актуальность поставленных задач и приводятся примеры результатов расчетов основных характеристик облаков. Работа подготовлена при финансовой поддержке РФФИ (гранты 17-05-00965, БРИКС_т 18-55-80020).

26 марта 2019 г., 16:30

1. 16:30-17:15

Боченкова А.В., к.ф.-м.н., доцент, зав. лаб.
Химический факультет МГУ им. М.В. Ломоносова, кафедра физической химии, лаборатория квантовой фотодинамики
(презентация, 5 Мб)

Квантовая фотохимия биомолекулярных систем

В докладе будут рассмотрены современные методы и подходы к моделированию фотоиндуцированного отклика светочувствительных биомолекулярных систем с использованием сверхвысокопроизводительных вычислительных ресурсов МГУ. Детально будет рассмотрен фотоотклик хромофорных групп, обусловливающих чувствительность биологических систем к свету, двух типов белков – зрительных фоторецепторов и флуоресцентных белков. Фотоизомеризация протонированного основания Шиффа ретиналя – первичный процесс, приводящий к передаче зрительного сигнала. В белках фотохимическая реакция характеризуется большим квантовым выходом и проходит за сверхкороткие времена, порядка 200 фс. В работе установлено, что динамика релаксации первого электронно-возбужденного состояния в белках зрительной рецепции характеризуется такими же временами, как и фотоотклик изолированного 11-цис хромофора. Бактериальные родопсины, напротив, значительно уменьшают величину барьера в первом возбужденном состоянии полностью транс хромофора и, более того, меняют специфичность реакции изомеризации. Полученные результаты позволяют сделать вывод о роли белкового окружения в молекулярном механизме зрения.

В работе исследованы механизмы резонансного фотоотклика анионного хромофора зеленого флуоресцентного белка EGFP при фотовозбуждении в широком диапазоне энергий. Разработан общий подход к моделированию резонансных фотоэлектронных спектров анионов биологических хромофоров и спектров действия фотоактивных белков. Показано, что сверхбыстрая безызлучательная релаксация из первого возбужденного состояния проходит по двум конкурирующим неадиабатическим каналам, которые включают в себя внутреннюю конверсию через конические пересечения и колебательную автоэмиссию электронов. Впервые установлен механизм избирательного фотоотклика хромофора в условиях селективного возбуждения колебательных мод, участвующих во взаимном переносе энергии между электронной и ядерной подсистемами. Показано, что фотоокисление зеленого флуоресцентного белка также идет по механизму колебательного переноса электрона из первого электронно-возбужденного состояния хромофорной группы на молекулы окислителя. Полученные результаты имеют принципиально важное значение для возможного практического применения EGFP in situ в качестве динамической контрастной метки или редокс-зонда.

Ссылки по теме работы:

1) Kiefer H.V., Gruber E., Langeland J., Kusochek P.A., Bochenkova A.V., Andersen L.H. Intrinsic photoisomerization dynamics of protonated Schiff-base retinal. Nature communications 2019, 10, 121.
2) Svendsen A., Kiefer H.V., Pedersen H.B., Bochenkova A.V., Andersen L.H. The origin of the intrinsic fluorescence of the Green Fluorescent Protein J. Am. Chem. Soc. 2017 139, 8766.
3) Bochenkova A.V. et al. Mechanism of resonant electron emission from the deprotonated GFP chromophore and its biomimetics Chemical science 2017, 8, 3154.

2. 17:15-18:00

Атауллаханов Ф.И., Пантелеев М.А., Гудимчук Н.Б., Нечипуренко Д.Ю., Свешникова А.Н.
МГУ им. М.В. Ломоносова
(презентация, 200 Мб)

Самоорганизация в биологических системах

Одной из наиболее сложных проблем биологии является проблема самоорганизации субклеточных и клеточных структур. Несмотря на гигантский рост скорости накопления информации о биологических системах в наше время, понимание принципов самоорганизации биологических систем мало продвинулось со времен Тьюринга и Белоусова. В этом докладе будут рассмотрены две большие проблемы, в которых самоорганизация играет критически важную роль:

1. Механизмы деления клетки
2. Механизмы формирования тромбов

Каждая из этих проблем исследуется нами на разных уровнях организации - от полноатомного молекулярно динамического моделирования критически важных молекул до сложных макроструктурных машин и конструкций, масштабы которых на 4-5 порядков превышают размеры атомов и включают в себя до 10^8 атомов. Компьютерное моделирование разных уровней организации каждой из систем требует своих физических и вычислительных подходов, начиная с броуновской динамики отдельных молекул и заканчивая течением суспензий клеток в условиях меняющегося профиля сосудов. Я постараюсь дать общую картину устройства и функционирования каждой из систем, показав, как решение отдельных подзадач складывается в принципиальное понимание работы системы в целом. Этот анализ позволил нам выявить некоторые общие принципы организации самоорганизующихся систем.

12 марта 2019 г., 16:30

Вл.В. Воеводин
зам. директора НИВЦ МГУ, зав.кафедрой Суперкомпьютеров и квантовой информатики ВМК МГУ, чл.-корр.РАН, профессор
(презентация, 4 Мб)

О работе суперкомпьютерного комплекса Московского университета

Семинар будет посвящен рассказу о текущих возможностях суперкомпьютерного комплекса Московского университета и особенностях организации работы. Будут затронуты вопросы функционирования программно-аппаратной среды суперкомпьютеров Ломоносов и Ломоносов-2, лицензирования, развития программной инфраструктуры, будут представлены новые возможности анализа эффективности приложений пользователями комплекса.

18 декабря 2018 г., 16:30

Мальцев Г.С., Сергиенко В.В., IBM
(презентация, 20 Мб)

Технологии блокчейн: от науки до бизнеса

Семинар будет посвящен применению блокчейн-технологий для решения задач из разных отраслей с изложением конкретных сценариев использования, а также с рассказом о возможностях и решениях IBM в этой области. Будет представлен сценарий использования технологии в Пекинском технологическом институте и успешный пример с транслогистической компанией Maersk.

Блокчейн, как технология хеширования данных в закрытых сетях, представляет собой базовую технологию, при помощи которой можно зашифровать любую транзакцию и привязать выполнение транзакции к какому-либо бизнес-условию. Подтверждение транзакции в таких сетях происходит децентрализовано несколькими участниками сети. Оценивая перспективу, эта технология интересна тем, что она позволяет пересмотреть существующие бизнес-модели и создать новые в самых разных отраслях.

4 декабря 2018 г., 16:30

1. 16:30-17:15

Плешкевич А.Л., Вишневский Д.М., Иванов А.В., Левченко В.Д., Лисица В.В., Мороз Б.П.
АО «ЦГЭ»/ «Росгеология»
ИНГГ СО РАН
ИПМ им. М.В.Келдыша РАН

Реконструкция изображения глубинных неоднородностей земной среды по сейсмическим данным ("сейсмическая миграция")

В докладе будут рассмотрены математическая постановка задачи сейсмической миграции, основанной на обращенном волновом продолжении, и методы ее решения: асимптотическое многолучевое приближение и псевдоспектральный метод, связанный с сеточным решением "одностороннего" псевдодифференциального волнового уравнения. Численные реализации решения связаны с чрезвычайно трудоемкими расчетами с широким использованием средств параллельных расчетов MPI и CUDA. Приведены сравнительные примеры результатов сейсмической миграции на комплекте международных синтетических данных "SEG Salt" и на реальных производственных проектах.

Ссылки по теме работы:

1) А.Л. Плешкевич, А.В. Иванов, В.Д. Левченко, С.А. Хилков. Многолучевая 3D-глубинная сейсмическая миграция до суммирования с сохранением амплитуд. - Геофизика, спец. выпуск, 2017, с.76-84.
2) А.Л.Плешкевич, Д.М.Вишневский, В.В.Лисица. Разработка волновой псевдоспектральной 3D-глубинной сейсмической миграции до суммирования с сохранением амплитуд. – Геофизика, спец. выпуск, 2017, с.94-101.
3) Alexander L. Pleshkevich, Anton V. Ivanov, Sergey A. Khilkov. Asymptotic solution of wavefield continuation problem in the ray parametric coordinates. – SEG Technical Program Expanded Abstracts 2017, pp.5551-5555, Houston, USA.
4) Alexander L. Pleshkevich, Dmitry M. Vishnevskiy,Vadim V. Lisitsa. Explicit additive pseudospectral schemes of wavefield continuation with high-order approximation. – SEG Technical Program Expanded Abstracts 2017, pp.5546-5550, Houston, USA.
5) Alexander Pleshkevich, Dmitry Vishnevsky, Vadim Lisitsa, and Vadim Levchenko. Parallel Algorithm for One-way Wave Equation Based Migration for Seismic Imaging. - Суперкомпьютерные дни в России: Труды международной конференции (24-25 сентября 2018 г., г. Москва). – М.: Изд-во МГУ, 2018, c.390-401.

2. 17:15-18:00

Цымбаренко Д.М., к.х.н., с.н.с.
Гребенюк Д.И., асп.
Химический факультет МГУ им. М.В. Ломоносова

Квантово-химическое моделирование координационных соединений

Координационные соединения металлов с органическими лигандами в настоящее время активно исследуются в связи с их применением в качестве высоко-селективных катализаторов, лекарственных препаратов, люминесцентных материалов в OLED, мономолекулярных магнетиков, летучих и хорошо растворимых соединений для задач разделения и транспорта элементов, а так же в качестве исходных веществ для получения из них неорганических функциональных материалов. Редкоземельные (РЗЭ), Щелочноземельные (ЩЗЭ) и Щелочные (ЩЭ) элементы проявляют схожие химические свойства и отличаются от других металлов Периодической Системы большими ионными радиусами и высокими координационными числами. РЗЭ, ЩЗЭ и ЩЭ образуют, как правило, соединения с высокой структурной гибкостью зачастую полимерного строения. Это приводит к получению низко кристаллических или аморфных продуктов синтеза, для который затруднено экспериментальное исследование структуры и физико-химических свойств. В докладе речь пойдет о применении квантово-химического моделирования в рамках теории функционала электронной плотности молекул и кристаллов координационных соединений, содержащих несколько сотен атомов, для прогнозирования их геометрического и электронного строения и реакционной способности. Результаты моделирования будут сопоставлены с экспериментальными данными.

20 ноября 2018 г., 16:30

1. 16:30-17:15

Аксенов А.А., Дядькин А.А.
ТЕСИС, РКК ЭНЕРГИЯ

Применение суперкомпьютеров для решения задач проектирования ракетно-космической техники

При проектировании ракетно-космической техники актуальным является отработка различных инженерных решений до воплощения их в металле. Большое количество задач практически невозможно решить экспериментальным путем, например, задачи отработки посадки космического корабля с включенными двигателями торможения на воду, отработка сбросов обтекателей и включения системы аварийного спасения и другие задачи. Однако применение методов численного моделирования с использованием высокопроизводительной техники позволяет решить эти задачи на первых этапах эскизного проектирования изделия.

В настоящем докладе приводятся решения широкого круга задач с использованием программного комплекса вычислительной гидродинамики FlowVision и суперкомпьютера Ломоносов.

2. 17:15-18:00

Дубень А.П., н.с., к.ф.-м.н.
Козубская Т.К., г.н.с., д.ф.-м.н.
ИПМ им. М.В. Келдыша РАН

Моделирование струйных течений на неструктурированных сетках с использование схем повышенной точности

Доклад посвящен моделированию турбулентных струй с использованием современных вихреразрешающих подходов на неструктурированных сетках. Рассматриваются затопленные струи, истекающие из сопел с круглым срезом: дозвуковая ненагретая и недорасширенная горячая. Будут представлены расчеты, полученные с помощью одного и того же вычислительного алгоритма как на криволинейных анизотропных гексаэдральных, так и на неструктурированных тетраэдральных сетках. Для проведения численного моделирования используется адаптивный вычислительный алгоритм, реализованный в программном комплексе NOISEtte. В его основе лежит оригинальная EBR (Edge-Based Reconstruction) схема повышенной точности на основе квазиодномерной рёберно-ориентированной реконструкции переменных, которая также имеет WENO модификацию для аппроксимации скачков и разрывов. Работа нацелена на исследование возможностей вычислительного алгоритма для предсказания шума струй на различных неструктурированных сетках. Оценка результатов проводится на основе сравнения как с соответствующими экспериментальными данными, так и с данными эталонных расчетов с помощью высокоточных «структурированных» алгоритмов. Рассматриваются основные вычислительные аспекты, связанные как с моделированием нестационарного турбулентного течения струи, так и предсказанием шума в дальнем поле.

6 ноября 2018 г., 16:30

1. 16:30-17:15

Гаврилов А.А., к.ф.-м.н., н.с.
Рудяк В.Ю., к.ф.-м.н., н.с.
Чертович А.В., к.ф.-м.н., с.н.с.
Физический факультет МГУ
(презентация, 70 Мб)

Мезоскопическое моделирование полимерных систем: от биологии до материаловедения

При исследовании полимерных систем всегда необходимо помнить, что масштабы, на которых происходят интересные процессы, зачастую очень сильно отличаются от привычных для физики конденсированного состояния. Это происходит, конечно, из-за уникального строения полимерных молекул, в которых мономерные звенья (строительные блоки) повторяются много раз, образуя преимущественно линейные цепочки. Именно поэтому для физики полимеров важнейшую роль играют огрубленные методы, которые позволяют учесть корректную статистическую природу поведения таких систем (и, как следствие, наблюдать правильную «физику» явлений), являясь при этом вычислительно гораздо более эффективными по сравнению с атомистическими методами. В нашем докладе мы расскажем о методе диссипативной динамики частиц, который получил широкое распространение для моделирования огромного класса полимерных систем, и о его модификациях, разработанных в нашей группе. В качестве примеров применения этого метода будут рассмотрены следующие системы:

1) Моделирование хроматина. Мы расскажем о соответствии между простой моделью сополимера с насыщающимися связями и такими сложными и практически важными реальными биологическими объектами как хроматин в ядре клетки. Особенно актуальным это становится в свете новой экспериментальной методики Hi-C, позволяющей получать прямую информацию о пространственной близости различных участков хроматина в живой клетке. Таким образом, через сравнение контактных карт мы можем напрямую сопоставлять результаты моделирования и микробиологических экспериментов.

2) In silico синтез и исследование микрогелей. Микрогели являются по сути миниатюрными гелями (полимерными сетками, содержащими большое количество растворителя), для синтеза которых применяют сложные экспериментальные методики, которые до конца не изучены. Мы расскажем о последних наших успехах в моделировании синтеза таких систем, а также о том, какими уникальными свойствами могут обладать микрогели с необычной внутренней структурой.

3) Самоорганизация в ходе полимеризации. Данный процесс в настоящее время является крайне перспективным для создания наномицелл в растворах (например, для адресной доставки лекарств). Его специфика заключается в том, что синтез полимеров и образование мицелл происходит одновременно, а не последовательно, как в классических примерах мицеллообразования в растворах. Мы расскажем о том, какие интересные структуры могут быть получены в таком процессе, и как можно их контролировать с помощью внешних параметров.

4) Микрофазное расслоение в расплавах сополимеров. Если последовательность мономерных звеньев полимера состоит из нескольких видов мономерных звеньев, которые несовместимы друг с другом, то такие полимеры спонтанно формируют микроструктурированные состояния с очень хорошим дальним порядком; эти системы находят применение во многих высокотехнологических областях. Мы расскажем о том, как последовательность мономерных звеньев сополимера может повлиять на вид микроструктуры. Кроме того, мы обсудим разработанный нами метод моделирования заряженных полимерных систем с помощью диссипативной динамики частиц, который открывает широкие перспективы для создание новых материалов для энергетических приложений.

2. 17:15-18:00

Толстых М.А., д.ф.-м.н., в.н.с. ИВМ РАН, зав. лаб. Гидрометцентр России, доцент МФТИ
Фадеев Р.Ю., к.ф.-м.н., с.н.с. ИВМ РАН, н.с. Гидрометцентр России, доцент МФТИ
Гойман Г.С., м.н.с. ИВМ РАН, прогр. Гидрометцентр России
Шашкин В.В., к.ф.-м.н., с.н.с. ИВМ РАН, н.с. Гидрометцентр России
(презентация, 8 Мб)

Глобальная модель прогноза погоды ПЛАВ на системе Cray XC40

В докладе обсуждаются детали разработки новой версии глобальной модели атмосферы ПЛАВ [1,2,3] с горизонтальным разрешением около 10 км на территории России. Расчетная сетка в такой модели включает 3024 узла по долготе, 1512 узлов по широте и 126 уровней по вертикали. Оперативность прогноза погоды предполагает ограничение на время счета и, таким образом, делает необходимым применение масштабируемых вычислительных алгоритмов в сочетании с эффективной программной реализацией. В числе наиболее важных последних изменений в ПЛАВ следует выделить оптимизацию работы с оперативной памятью в блоке параметризаций процессов подсеточного масштаба, применение новых численных алгоритмов в блоке решения уравнения эллиптического типа, динамическая адаптация объема пересылаемых данных в полулагранжевом блоке в зависимости от скорости и направления ветра. Эти и ряд других усовершенствований позволили повысить масштабируемость модели ПЛАВ с 45% до 63% (оценивалось время счета на 9072 ядрах в сравнении с запуском на 504 ядрах) на системе Cray XC40, установленной в Главном вычислительном центре Росгидромета в 2018 году. Следует отметить, что время счета модели ПЛАВ уменьшается с ростом числа ядер вплоть до 27216 ядер, а общее число ядер системы Cray XC40 составляет величину 35136 ядер (976 узлов, 36 ядер в узле). Эффективность около 50% по сравнению с 504 ядрами достигается на 13608 вычислительных ядрах. Число расчетных ядер равное 504 является минимально возможным для запуска модели ПЛАВ на указанной выше сетке.

В докладе также рассматриваются архитектура и особенности объединения модели атмосферы ПЛАВ (с включенным описанием стратосферы), модели Мирового океана ИВМИО [4], модели морского льда CICE и модели многослойной почвы ИВМ РАН в единый программный комплекс [5,6]. Результаты предварительных испытаний показали, что совместная модель с разрешением 0.9 на 0.72 градуса в атмосфере и 0.5 градуса в океане позволяет проводить расчет более чем 9 модельных лет за сутки на 661 вычислительном ядре системы Cray XC40. Данный результат сопоставим с эффективностью близкой по сложности совместной модели Европейского центра по среднесрочным прогнозом погоды IFS-LR [7] на такой же вычислительной системе. В перспективе совместная модель ПЛАВ-ИВМИО-CICE может быть применена для сезонного и декадного прогноза погоды. Модель является совместной разработкой ИВМ РАН, ИО РАН и Гидрометцентра России.

Ссылки по теме работы:

1) Толстых М.А., Шашкин В.В., Фадеев Р.Ю. и др. Система моделирования атмосферы для бесшовного прогноза. Рецензент д.ф-м.н. А.В.Старченко. М.: Триада лтд., 166стр. ISBN 978-5-9908623-3-3. 2017, N9, стр. 24-35.
2) Толстых М.А., Желен Ж.Ф., Володин Е.М. и др. Разработка многомасштабной версии глобальной модели атмосферы ПЛАВ - Метеорология и гидрология. 2015. № 6. С. 25-35.
3) Толстых М.А., Фадеев Р.Ю., Шашкин В.В. и др. Многомасштабная глобальная модель атмосферы ПЛАВ: результаты среднесрочных прогнозов погоды - Метеорология и гидрология, 2018, в печати.
4) Ibrayev R.A., Ushakov K.V., Khabeev R.N. Eddy-resolving 1/10o model of the World Ocean - Izvestiya. Atmospheric and Oceanic Physics., 2012, V 48, P 37--46.
5) Fadeev R., Ushakov K., Kalmykov V., et al. Coupled atmosphere–ocean model SLAV–INMIO: implementation and first results - RJNAMM, V.31 (6), November 2016.
6) Fadeev R., Ushakov K., Tolstykh M., Ibrayev R. Design and development of the SLAV-INMIO-CICE coupled model for seasonal prediction and climate research - RJNAMM, 2018, in press.
7) Roberts C. D., et al. Climate model configurations of the ECMWF Integrated Forecasting System (ECMWF-IFS cycle 43r1) for HighResMIP. Geosci. Model Dev., 11, 3681–3712, 2018 https://doi.org/10.5194/gmd-11-3681-2018

23 октября 2018 г., 16:30

Теплухин А.В., к.ф.-м.н., с.н.с. ИМПБ РАН - филиал ИПМ РАН им. М.В. Келдыша, г. Пущино
(презентация, 2 Мб)

Расчет структурных и термодинамических характеристик водных растворов биополимеров методом Монте-Карло. Проблемы и перспективы

При разработке суперкомпьютерных программ для изучения полноатомных моделей биополимеров приходится искать решение проблем и алгоритмического, и теоретического характера. Так, даже в рамках концепции попарно-аддитивного взаимодействия атомов, позволяющей снизить вычислительную сложность до O(NlogN) или O(N), расчет объектов, содержащих миллионы атомов, может оказаться невыполнимым. Для устранения этой проблемы можно применить доменную декомпозицию. Поскольку большая исходная задача разбивается на несколько одновременно решаемых подзадач меньшего размера (количество процессоров растет пропорционально числу доменов), затраты календарного времени значительно сокращаются. К сожалению, параллельные вычисления по такой схеме могут считаться корректными лишь при условии статистической независимости частиц, одновременно изменяющих свое положение. Выполнение этого требования можно обеспечить путем искусственного ограничения радиуса взаимодействий. В частности, использование функциональных форм, имитирующих электрический потенциал экранированного заряда, позволяет достичь очень хороших результатов. Но и это еще не все. По сравнению с расчетами простых жидкостей применение метода Монте-Карло для изучения свойств высокомолекулярных соединений становится малоэффективным. Из-за высокой жесткости потенциалов, отвечающих за энергию деформации химических связей и углов между ними, приходится резко уменьшать амплитуду пробных смещений атома. Молекула буквально топчется на месте несмотря на миллионы итераций. Для решения этой проблемы предлагается использовать в расчетах энергии ковалентных взаимодействий не закон Гука, а потенциальные функции четвертой или более высоких степеней. Можно надеяться, что в будущем программы, использующие доменную декомпозицию в рамках метода Монте-Карло, займут достойное место в библиотеках суперкомпьютеров петафлопсного класса.

Ссылки по теме работы:

1. Теплухин А.В. Параллельные и распределённые вычисления в задачах суперкомпьютерного моделирования молекулярных жидкостей методом Монте-Карло // Журнал структурной химии. 2013, т.54, №1, с. 62-72.
2. Теплухин А.В. Короткодействующие потенциальные функции в компьютерном моделировании воды и водных растворов. // Журнал структурной химии, 2016, т.57, №8, с. 1723-1752.
3. Теплухин А.В. Упрощенный учет деформаций валентных связей и углов при полноатомном моделировании полимеров методом Монте-Карло. // Высокомолекулярные соединения, серия С, 2013, т. 55, №7, с. 911-919.

9 октября 2018 г., 16:30

1. 16:30-17:15

Иванов В.А., д.ф.-м.н., доцент, физический факультет МГУ им. М.В.Ломоносова
Комаров П.В., д.ф.-м.н., профессор, Тверской госуниверситет
Мартемьянова Ю.А., к.ф.-м.н., н.с., физический факультет МГУ им. М.В.Ломоносова
Маркина А.А., к.ф.-м.н., н.с., физический факультет МГУ им. М.В.Ломоносова
Астахов А.М., аспирант, физический факультет МГУ им. М.В.Ломоносова
(презентация, 16 Мб)

Насколько хорошо можно предсказывать макроскопические свойства (макро)молекулярных систем с помощью мезоскопического компьютерного моделирования?

В докладе будет представлен обзор недавних работ по мезомасштабному компьютерному моделированию конформационных и динамических свойств нескольких (макро)молекулярных систем. В наших исследованиях мы использовали метод динамики диссипативных частиц (ДДЧ) [1,2]. В рамках подхода многомасштабного компьютерного моделирования мы разработали крупнозернистые (КЗ) модели для полимерных нанокомпозитов [3], органических и водных растворов лецитина и желчных солей [4,5], полиимидов [6], прекурсоров полиакрилонитрильных волокон, полиуретанов и рассчитали для этих систем ряд структурных и динамических характеристик. Разработанные модели позволяют выйти на линейные масштабы вплоть до микрометров и времена вплоть до миллисекунд. На примере нескольких систем будет показано, как можно сохранить в КЗ модели наиболее важную информацию о химической структуре (макро)молекул, которая имеет решающее значение для правильного представления макроскопических свойств этих систем.

Ссылки по теме работы:

1) R.D. Groot, P.B. Warren, Dissipative particle dynamics: Bridging the gap between atomistic and mesoscopic simulation, J. Chem. Phys., v.107, p.4423 (1997).
2) P. Español, P.B. Warren, Perspective: Dissipative particle dynamics, J. Chem. Phys., v.146, p.150901 (2017).
3) Komarov P., Markina A., Ivanov V., Influence of surface modification of halloysite nanotubes on their dispersion in epoxy matrix: Mesoscopic DPD simulation, Chemical Physics Letters, v.653, p.24 (2016).
4) Markina A., Ivanov V., Komarov P., Khokhlov A., Tung S.H., Self-assembly of micelles in organic solutions of lecithin and bile salt: Mesoscale computer simulation, Chemical Physics Letters, v.664, p.16 (2016).
5) A. Markina, V. Ivanov, P. Komarov, A. Khokhlov, and S. H. Tung, Self-Assembly of Lecithin and Bile Salt in the Presence of Inorganic Salt in Water: Mesoscale Computer Simulation, J. Phys. Chem. B, v.121, p.7878 (2017).
6) A. Markina, V. Ivanov, P. Komarov, S. Larin, J. Kenny, S. Lyulin, Effect of polymer chain stiffness on initial stages of crystallization of polyetherimides: coarse-grained computer simulation, Journal of Polymer Science, Part B: Polymer Physics, v.55, p.1254 (2017).

2. 17:15-18:00

Мартыненко С.И., д.ф.-м.н., с.н.с.
Волохов В.М., д.ф.-м.н., профессор
Яновский Л.С., д.т.н., профессор
Токталиев П.Д.
Центральный Институт Авиационного Моторостроения
Институт Проблем Химической Физики РАН
(презентация, 10 Мб)

Универсальная многосеточная технология для численного решения краевых и начально-краевых задач для уравнений математической физики

Разработка новых образцов авиационно-космической техники является одной из основных областей применения суперкомпьютерных вычислений. На примере математического моделирования системы охлаждения камеры сгорания прямоточного двигателя перспективного высокоскоростного летательного аппарата с атмосферной зоной эксплуатации показаны характерные физико-химические проблемы, решение которых требует обработки больших объёмов данных.

В докладе рассмотрены вопросы, связанные с разработкой высокоэффективных вычислительных технологий для суперкомпьютерных вычислений. Показано, что при решении разностных краевых и начально-краевых задач на структурированных сетках алгоритмическая трудоёмкость односеточного метода Гаусса-Зейделя может быть уменьшена до близкой к оптимальной (т.е. объём вычислительной работы составит O(N logN) арифметических операций, где N есть количество неизвестных). Уменьшение необходимой вычислительной работы достигается без привлечения проблемно-зависимых компонентов за счёт применения основного многосеточного принципа в односеточном алгоритме, что позволяет использовать универсальную многосеточную технологию в программном обеспечении, устроенном по принципу «чёрного ящика». Параллелизм технологии обусловлен блочно-диагональной структурой матрицы расщепления, которая на мелких сетках формируется искусственно (алгебраический параллелизм), а на грубых сетках – естественно (геометрический параллелизм).

Дано описание основных компонентов универсальной многосеточной технологии, анализ сходимости, трудоёмкости и параллелизма, результаты решения модельных (от уравнения Пуассона до уравнений Навье-Стокса) и прикладных (микроЖРД, система охлаждения ГПВРД и др.) задач.

Исследовательские работы проведены при финансовой поддержке Российской Федерации в лице Российского Научного Фонда по соглашению № 15-11-30012 от 08.07.2015 по теме: «Суперкомпьютерное моделирование физико-химических процессов в высокоскоростном прямоточном воздушно-реактивном двигателе гиперзвукового летательного аппарата на твёрдых топливах».

Ссылки по теме работы:

1) Martynenko S.I. Formalisation of the multigrid computations. Int. J. of Comp. Science and Math. 2013. V.4, № 4. P.309-320.
2) Токталиев П.Д., Мартыненко С.И. Математическая модель системы охлаждения камер сгорания авиационных прямоточных двигателей на эндотермических топливах. Вестник МГТУ. Сер. Естественные науки. 2015. № 1. C.83–97.
3) Мартыненко С.И. О построении параллельных многосеточных алгоритмов. Математическое моделирование и численные методы, 2015, № 2(6), с. 105–120.
4) Токталиев П.Д., Бабкин В.И., Мартыненко С.И. Моделирование сопряжённого теплообмена в элементах конструкции системы охлаждения авиационных двигателей на эндотермических топливах. Тепловые процессы в технике. 2015. №4, т. 7, с.162-165.
5) Волохов В.М., Мартыненко С.И., Токталиев П.Д., Яновский Л.С., Волохов А.В. Новые подходы к построению высокоэффективных параллельных алгоритмов для численного решения краевых задач на структурированных сетках. Вычислительные методы и программирование. 2016. Т.17, раздел 1. C.72–80.
6) Мартыненко С.И., Волохов В.М., Яновский Л.С. Параллельная многосеточная технология: редукция к независимым задачам. Математическое моделирование. 2016. Т.28, № 6. С.89–97
7) Токталиев П.Д., Мартыненко С.И., Яновский Л.С., Волохов В.М., Волохов А.В. Особенности окисления модельного углеводородного топлива под воздействием электростатического поля. Изв. АН. Сер. хим., 2016, №8, 2011–2017.
8) Martynenko S.I., Volokhov V.M., Yanovskiy L.S. Parallel Geometric Multigrid. Int. J. of Comp. Science and Math. 2016. V.7, № 4. P. 293-300.
9) V. Volokhov, P. Toktaliev, S. Martynenko, L. Yanovskiy, A. Volokhov, D. Varlamov Supercomputer Simulation of Physicochemical Processes in Solid Fuel Ramjet Design Components for Hypersonic Flying Vehicle. Communications in Computer and Information Science, vol.687, 2016, pp 236-248, DOI:10.1007/978-3-319-55669-7_19
10) Pseudomultigrid Gauss-Seidel method for large scale and high performance computing. S.I. Martynenko, V.M. Volokhov and P.D. Toktaliev. ECCOMAS 2016, V.1, pp. 1237-1259
11) Numerical simulation of the conjugate heat transfer in the cooling system of the combustion chambers of the aviation ramjet on the endothermic fuels. V.M. Volokhov, P.D. Toktaliev and S.I. Martynenko. ECCOMAS 2016, V.1, pp. 979-991
12) V.M. Volokhov, S.I. Martynenko, P.D. Toktaliev, L.S. Yanovskiy, D.A. Varlamov, A.V. Volokhov. The High-performance Parallel Algorithms for the Numerical Solution of Boundary Value Problems. Communications in Computer and Information Science, Springer, vol. 753, pp.152-161, 2017.
13) V. Volokhov, P. Toktaliev, S. Martynenko, L. Yanovskiy, D. Varlamov, A. Volokhov, E. Amosova. Structure of Highly Parallel, Efficient, Scalable, True Robust Pseudomultigrid Technique for Black-Box Solving a Large Class of the Boundary Value Problems on High Performance Computing Systems. Lobachevskii Journal of Mathematics, Volume 39, Issue 4, May 2018, pp 603–608.
14) Мартыненко С.И. Универсальная многосеточная технология. М.: ИПМ им. М.В. Келдыша. 2013. 244 с.
15) Мартыненко С.И. Многосеточная технология: теория и приложения / Под. ред. М.П. Галанина. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2015. 208 с.
16) Яновский Л. С., Харин А. А., Бабкин В. И. Основы химмотологии: учебник – Москва-Берлин: Директ-Медиа, 2016
17) S.I.Martynenko Robust Multigrid Technique. For Black-Box Software. De Gruyter, Berlin, 2017.

28 мая 2018 г., 16:30

1. 16:30-17:15

Макаров Г.И., к.х.н., с.н.с., ЮУрГУ
Макарова Т.М., м.н.с., ЮУрГУ
Богданов А.А., академик РАН, д.х.н., НИИ ФХБ имени А.Н. Белозерского МГУ
(презентация, 4 Мб)

Молекулярно-динамическое моделирование бактериальной рибосомы: методы и особенности

Доклад является продолжением доклада "Изучение взаимодействия антибиотиков с рибосомой методом моделирования молекулярной динамики" от 16 апреля 2018 г. и посвящен методам, применяемым при моделировании комплексов рибосомных антибиотиков, и особенностям применения метода молекулярной динамики на суперкомпьютере "Ломоносов".

2. 17:15-18:00

Цуканов А.А.
Псахье С.Г.
Институт физики прочности и материаловедения (ИФПМ) СО РАН
(презентация, 4 Мб)

Взаимодействие на "hard matter - soft matter" интерфейсе: молекулярная динамика

Доклад посвящен использованию классической и управляемой молекулярной динамики для исследования явлений, наблюдаемых в области гетерогенного интерфейса между консолидированной и мягкой материей. Первая часть доклада имеет обзорный характер, во второй части обсуждаются численные модели и результаты моделирования взаимодействия био-нанообъектов с низкоразмерными наноструктурами оксидов и гидроксидов металлов, перспективных для биомедицинских приложений.

14 мая 2018 г., 16:30

1. 16:30-17:15

Новаковская Ю.В., д.ф.-м.н., профессор, Химический факультет МГУ имени М.В. Ломоносова, кафедра физической химии
(презентация, 12 Мб)

Системы с сопряженными ковалентными и водородными связями: особенности моделирования

Большинство интересных и практически значимых технологических и биологических процессов реализуются в средах и при участии частиц, характеризующихся наличием сопряженных внутримолекулярных ковалентных или межмолекулярных водородных связей. Сопряжение связей обусловливает структурно-динамические особенности, которые (в отличие от некоторых энергетических характеристик) не могут быть легко аппроксимированы простыми аналитическими зависимостями от молекулярных размеров системы, что делает необходимым изучение больших молекулярных кластеров и ансамблей. В качестве примеров таких систем в докладе будут рассмотрены углеродные кластеры, являющиеся прообразами наночастиц, и различные молекулярные кластеры, включающие частицы с функциональными гидрокси- и аминогруппами и стабилизированные сетками водородных связей.

2. 17:15-18:00

Тучкова Н.П., к.ф.-м.н., с.н.с., Вычислительный центр им. А.А. Дородницына ФИЦ ИУ РАН
Беляев К.П., д.ф.-м.н., в.н.с., Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН
(презентация, 5 Мб)

Модельные оценки переноса массы в Южной и центральной Атлантике с учетом данных наблюдений и применением гибридных методов усвоения данных

Проводятся оценки меридионального потока массы, рассчитанные по совместной модели "океан-земля-атмосфера" института им. М.Планка [1] c применением методов усвоения данных наблюдений. В качестве наблюдаемых данных использовались разрезы вдоль Атлантики за 1991-1995 гг из архивов Института Океанологии РАН по температуре и солености. Имеющиеся разрезы содержат около 650 станций, в которых содержится от 100 до 3000 измерений от поверхности до дна. В процессе работы проводились оценки скоростей течений как чисто модельные, так и с усвоением этих данных наблюдений. В качестве метода усвоения использовался обобщенный метод Калмана (GKF), реализованный на кластерной системе Ломоносов-2, описание которого содержится в [2]. Особый интерес представляют оценки переноса Антарктических донных вод (ААДВ) в силу их слабой изученности и важности, как индикатора климатических изменений.

Ссылки по теме работы:

1) Wetzel P., Haak H., Jungclaus J., Maier-Reimer E. The Max-Planck-Institute Global Ocean/Sea-Ice Model MPI-OM. Technical report.
2) Belyaev K.P., Kirchner I., Kuleshov A.A., Tuchkova N.P. Numerical Realization of Hybrid Data Assimilation Algorithm in Ensemble Experiments with the MPIESM Coupled Model. In: Velarde M., Tarakanov R., Marchenko A. (eds). The Ocean in Motion. Springer Oceanography. 2018, pp. 447-459.

16 апреля 2018 г., 16:30

1. 16:30-17:15

Богданов А.А., академик РАН, д.х.н., НИИ ФХБ имени А.Н. Белозерского МГУ
Макаров Г.И., к.х.н., с.н.с., Южно-Уральский Федеральный университет

Изучение взаимодействия антибиотиков с рибосомой методом моделирования молекулярной динамики

В докладе обсуждаются результаты моделирования комплексов рибосом, молекулярных машин, синтезирующих все клеточные белки, с антибиотиками. Будут рассмотрены механизмы устойчивости бактерий к клинически важным антибиотикам, открытые в ходе этих исследований.

2. 17:15-18:00

Хренова М.Г., д.ф.-м.н., в.н.с., Химический факультет МГУ им. М.В. Ломоносова

Молекулярное моделирование биологических систем: от интерпретации к прогнозированию

С развитием суперкомпьютерных технологий появляются возможности моделировать процессы в ферментах и фоторецепторных белках, используя методы квантовой теории и в то же время включая в рассмотрение большое число молекулярных групп. Это позволяет надёжно интерпретировать экспериментальные данные, также становится возможным решение важной задачи прогнозирования свойств новых биохимических систем и способов их модификации. В работе применяются современные методы суперкомпьютерного молекулярного моделирования, включая методы квантовой химии, комбинированный метод квантовой механики / молекулярной механики (КМ/ММ) и метод молекулярной динамики. Предложенный подход предполагает построение полноатомной модели на основании имеющихся данных рентгеноструктурного анализа, проведение молекулярного моделирования для интерпретации всех известных для рассматриваемой системы экспериментальных данных. Если выбранная модель адекватно описывает экспериментальные данные с требуемой точностью, на следующем этапе предлагаются молекулярные модификации, которые уже впоследствии проверяются экспериментально. В докладе будут рассмотрены примеры применения выбранных подходов: разработка ингибиторов матриксной металлопротеиназы ММР-2, являющихся прототипами терапевтических средств борьбы с онкологическими заболеваниями и модификация сенсора на каспазу-3, состоящего из флуоресцентного белка TagRFP и хромопротеина KFP, для улучшения его характеристик.

2 апреля 2018 г., 16:30

1. 16:30-17:15

Палов А.П., НИИЯФ МГУ
(презентация, 4 Мб)

Моделирование травления тренчей для межслойных соединений СБИС

Моделирование процессов ион-стимулированного травления тонких пленок за 20 лет академических исследований вышло на уровень, когда большинство используемых подходов и программ могут быть объединены в единый инструмент для прогнозирования работы травильной камеры. Изменение состава газовых смесей, режимов работы разряда, материала тонких пленок в камере приводит к необходимости описания взаимодействия соответствующих ионов, нейтралов и кластеров с такими пленками. Решение данной задачи возможно лишь с привлечением методов квантовой химии, которые требуют значительных компьютерных ресурсов.

2. 17:15-18:00

Якунчиков А.Н., к.ф.-м.н., доцент, механико-математический факультет МГУ
(презентация, 3 Мб)

Метод событийного молекулярно-динамического моделирования для решения задач динамики разреженного газа

В работе развит подход событийного молекулярно-динамического моделирования применительно к решению задач динамики разреженного газа. Сильными сторонами разработанного метода является бессеточность, отсутствие стохастичности при моделировании межмолекулярных столкновений (по сравнению с методом прямого статистического моделирования Монте-Карло) и существенное снижение вычислительной нагрузки по сравнению с классическим молекулярно-динамическим моделированием. Метод успешно протестирован на (1) задаче о переходном течении газа в плоском канале под действием перепада давления и (2) задаче о сверхзвуковом обтекании цилиндра. С помощью разработанного метода рассмотрено несколько новых постановок задач: о сверхзвуковой вакуумно-левитационной транспортной системе; о разделении многокомпонентной смеси газов в системе, состоящей из нескольких рядов натянутых нитей различной температуры. Также продемонстрирована возможность применения событийного подхода в не связанных с газовой динамикой прикладных областях – для имитационного моделирования работы крупных территориально-распределенных информационных систем и моделирования динамики людских потоков.

19 марта 2018 г., 16:30

1. 16:30-17:15

Раздобурдин Д.Н., к.ф.-м.н., н.с.
Государственный астрономический институт им. П.К. Штернберга МГУ
(презентация, 2 Мб)

Численное моделирование турбулентности в астрофизических сдвиговых потоках

Яркой отличительной особенностью астрофизических течений является гигантское значение числа Рейнольдса. Так, для протопланетных дисков характерные значения чисел Рейнольдса превышают 10 миллиардов (1e10). Поэтому для численного моделирования динамики подобных течений необходимы вычисления с высоким пространственным разрешением, что, в свою очередь, требует гигантских вычислительных ресурсов. По этой причине для подобных вычислений во всём мире используются высокопроизводительные суперкомпьютеры. В нашей работе исследовались условия перехода к турбулентности в пограничных слоях вокруг нейтронных звёзд и белых карликов, а также в холодных областях протопланетных дисков.

2. 17:15-18:00

Сибгатуллин И.Н., к.ф.-м.н.
МГУ им. М.В. Ломоносова

Численное моделирование трехмерных волновых аттракторов во вращающихся средах

Инерционные волны во вращающихся массах жидкости подчиняются особому дисперсионному соотношению и распространяются под определенным углом к вертикали, который определяется скоростью вращения и частотой внешних возмущений. Это определяет особые правила игры в бильярд для пучков внутренних волн в замкнутых геометриях: при отражении волн от поверхности сохраняется угол с осью вращения. При этом после отражения от наклонных поверхностей пучки волн фокусируются или расфокусируются. Фокусировка почти всегда превалирует на расфокусировкой, что приводит к образованию замкнутых путей, к которым стремятся все пучки волн после многочисленных отражений от стенок. Такие замкнутые пути в физическом пространстве были названы волновыми аттракторами. На настоящий момент наиболее хорошо изучены аттракторы внутренних волн в стратифицированных жидкостях.

В настоящей работе впервые исследованы полностью трехмерные режимы аттракторов инерционных волн во вращающихся слоях жидкости с наклонной стенкой и различными типами внешнего воздействия. Численное моделирование методом спектральных элементов реализуется во вращающейся системе координат. Первый тип воздействия моделирует прецессию или приливный эффект в первом приближении. Оказалось, что если направление прецессии совпадает с направлением вращения, волновых аттракторов не возникает. Но при направлении прецессии, противоположном направлению вращения наблюдается формирование трехмерного волнового аттрактора с перекрученной структурой. В меридиональном сечении мы получили картину волнового аттрактора, в которой левая и правая части находятся в противофазе. В азимутальном сечении наблюдается вращающаяся картина "инь и янь", которая является следствием распространения инерционных волн под небольшим углом к радиальному направлению. Нами впервые исследована неустойчивость трехмерных волновых аттракторов инерционных волн и показано, что она возникает в результате триадного резонанса в азимутальном направлении. Также мы исследовали полностью турбулентные режимы на фоне волновых аттракторов при различных типах внешних воздействий: прецессии, либрации и осесимметричном воздействии. Результаты говорят о сильном влиянии турбулентных или ламинарных режимов волновых аттракторов на внутреннюю динамику вращающихся систем, таких как вращающиеся планеты и иные астрофизические объекты с приливным эффектом, или быстровращающиеся технические системы.

Ссылки по теме работы:

1) Ilias Sibgatullin, Evgeny Ermanyuk, Leo Maas, Xu Xiulin, and Thierry Dauxois. Direct numerical simulation of three-dimensional inertial wave attractors. In 2017 Ivannikov ISPRAS Open Conference. IEEE, 2017. http://dx.doi.org/10.1016/j.piutam.2017.03.017
2) F. Beckebanze, C. Brouzet, I. N. Sibgatullin, and L. R.M. Maas. Damping of quasi-two-dimensional internal wave attractors by rigid-wall friction. Journal of Fluid Mechanics, 841:614–635, 2018.
3) Scale effects in internal wave attractors / C. Brouzet, I. N. Sibgatullin, E. V. Ermanyuk et al. / PHYSICAL REVIEW FLUIDS. — 2017. — Vol. 2, no. 11. — P. 114803.
4) T. Dauxois, C. Brouzet, E. Ermanyuk, S. Joubaud, D. Le Tourneau, and I. Sibgatullin. Energy cascade in internal wave attractors. Procedia IUTAM, 20:120–127, 2017

5 марта 2018 г., 16:30

1. 16:30-17:15

Манцызов А.Б., Козин С.А., Макаров А.А., Польшаков В.И.
Факультет фундаментальной медицины МГУ им. М.В. Ломоносова
Институт молекулярной биологии им. В.А. Энгельгардта РАН
(презентация, 24 Мб)

Применение суперкомпьютерных расчетов в исследовании молекулярного механизма цинк-зависимой агрегации белка бета-амилоида при развитии болезни Альцгеймера

Болезнь Альцгеймера является распространенным нейродегенеративным заболеванием, которое приводит к тяжелой деменции и летальному исходу в течение нескольких лет с момента постановки диагноза. Согласно широко распространенной амилоидной гипотезе, ключевую роль в развитии болезни Альцгеймера играет агрегация белка бета-амилоида в мозгу человека. Ряд исследований показывают, что индуктором этого патогенного процесса может являться связывание ионов цинка в области N-терминальных аминокислотных остатков 1-16 бета-амилоида (цинк-связывающий домен). В рамках данной работы теоретические методы молекулярного моделирования совместно с экспериментальными методами структурных исследований белков были применены для изучения молекулярного механизма цинк-зависимой агрегации бета-амилоида. Полученные результаты позволили построить гипотезу касательно влияния наследственных мутаций в области цинк-связывающего домена на процесс агрегации. Предложен молекулярный механизм, объясняющий отсутствие болезни Альцгеймера у крыс и мышей.

2. 17:15-18:00

Явич Н.Б., с.н.с., к.ф.-м.н.
Хохлов Н.И., с.н.с., к.ф.-м.н.
Маловичко М.С., с.н.с., к.т.н.
Жданов М.С., г.н.с., д.ф.-м.н.
Лаборатория прикладной вычислительной геофизики, МФТИ

Параллельное конечно-разностное электроразведочное 3D моделирование на основе специального преобразования, приводящего к системе со сжимающим оператором

В работе будут представлены два метода предобуславливания трёхмерной гармонической конечно-разностной задачи электромагнетизма в приложении к разведочной геофизике. Первый метод близок к дискретному методу разделения переменных, а второй использует специальное преобразование, приводящее к системе со сжимающим оператором. Оба метода имеют арифметическую сложность O(N^4/3). Проводится анализ спектральных свойств двух соответствующих предобусловленных матриц. Предобусловленные итерационные методы дополнены параллелизацией для общей и распределённой памяти. Вычислительные эксперименты включают моделирование сложной геологической модели морского месторождения углеводородов. Теоретический анализ и вычислительные эксперименты показывают преимущество подхода со сжимающим оператором.

Ссылки по теме работы:

1) N. Yavich, M.S. Zhdanov, Contraction preconditioner in finite-difference electromagnetic modeling. Geophysical Journal International, vol. 206, pp. 1718-1729, 2016.
2) N. Yavich, M. Zhdanov, Contraction preconditioner in finite-difference electromagnetic modeling. SEG Technical Program Expanded Abstracts 2016: pp. 976-980.
3) N. Yavich, M. Malovichko, N. Khokhlov and M.S. Zhdanov, Advanced Method of FD Electromagnetic Modeling Based on Contraction Operator. Extended abstract, 79th EAGE Conference and Exhibition 2017.

19 февраля 2018 г., 16:30

1. 16:30-17:15

Мусин А.И., студент
Самойлов В.Н., к.ф.-м.н., доцент
Физический факультет МГУ им. М.В. Ломоносова
(презентация, 7 Мб)

а) Моделирование процессов эмиссии с поверхности монокристалла и исследования эффектов фокусировки

К настоящему времени опубликовано значительное число исследований анизотропии двумерного углового распределения атомов, распыленных с поверхности низкоиндексных граней монокристалла под действием ионной бомбардировки, являющейся одним из сложных эффектов, отражающих анизотропию структуры поверхности кристаллов. Картина углового распределения распыленных атомов чувствительна к типу облучаемой ионами грани кристалла. Важным в теории распыления является вопрос, какой механизм является ответственным за формирование особенностей двумерного углового распределения атомов, распыленных с поверхности монокристалла, в том числе с разрешением по энергии. В проекте “Исследование механизмов эмиссии атомов с поверхности монокристаллов” исследуется вклад фокусированных и перефокусированных атомов в формирование распределений распыленных атомов по углам и энергии, изучается вопрос о выделении перефокусированных атомов в общем сигнале эмитированных атомов. Также изучаются изменения распределения распыленных атомов с разрешением по углам и энергии при переходе грани (001) Ni из парамагнитного состояния в ферромагнитное. С помощью компьютерного моделирования методом молекулярной динамики исследованы особенности фокусировки и перефокусировки атомов, распыленных с поверхности грани (001) Ni. Показано, что при переходе кристалла из парамагнитного в ферромагнитное состояние наблюдается уменьшение числа фокусированных и перефокусированных распыленных атомов. Изучена эволюция распределений распыленных атомов с одновременным разрешением по энергии и полярному углу при изменении азимутального угла и энергии связи атомов на поверхности. Для решения перечисленных выше задач, из-за их вычислительной сложности, использование суперкомпьютерной техники является необходимым условием получения новых результатов.

Мусин А.И., Широкорад Д.В., Дуда Е.В., Ермоленко А.А., Самойлов В.Н., Корнич Г.В.
Физический факультет МГУ им. М.В. Ломоносова
Запорожский национальный технический университет

б) Моделирование процессов в наноразмерных атомных структурах под действием частиц низких энергий методом молекулярной динамики

В эпоху миниатюризации электронных устройств возрастает практическая необходимость в исследовании свойств наноразмерных атомных структур. В настоящее время без использования действительно мощных суперкомпьютеров невозможно провести сколько-нибудь серьезное исследование. Суперкомпьютерные расчеты используются как для первичного отбора наносистем с необходимыми характеристиками и свойствами, так и для моделирования конкретной наносистемы. В рамках проекта “Молекулярно-динамическое моделирование процессов в наноразмерных атомных структурах” проводится поиск и отработка методик по созданию наносистем с заданными характеристиками и физико-химическими свойствами путем компьютерного моделирования конкретных наносистем. Выполнено молекулярно-динамическое моделирование процесса бомбардировки двудольных металлических кластеров медь-золото, медь-висмут, алюминий-никель, которые состоят из однокомпонентных долей с одинаковым числом атомов, под действием низкоэнергетических частиц Ar1, Ar2, Ar13, результатом которого является формирование оболочечных и других родственных им наноструктур в течение 100 и 500 пс. Рассмотрен подход к построению смещенного потенциала для гипердинамического, температурно-ускоренного и комбинированного моделирования атомных систем. Данные подходы позволяют получать статистические выборки термоактивированных переходов атомных систем между состояниями, сходные с теми, которые дает классическая молекулярная динамика. При этом, предложенные подходы демонстрирует значительное вычислительное ускорение с сохранением достаточной для анализа результатов точности вычислений.

2. 17:15-18:00

Платонов В.С., с.н.с., к.г.н.
Кислов А.В., проф., д.г.н.
Варенцов М.И., м.н.с.
Ривин Г.С., проф., д.ф.-м.н.
Константинов П.И., ст.преп., к.г.н.
Географический факультет МГУ им. М.В. Ломоносова
Гидрометцентр России
(презентация, 22 Мб)

Региональное моделирование климата и экстремальных явлений погоды - использование суперкомпьютерных технологий

Современное климатическое моделирование достигло такого уровня, что этот метод может рассматриваться как синтетический инструмент, предоставляющий возможности для обобщения и развития представлений о состоянии природной среды, детализации процессов на региональном и даже микромасштабе. В современные климатические модели включается подробное описание механизмов обмена теплом, влагой, парниковыми газами, а также взаимодействия между приземным слоем воздуха, подстилающей поверхностью, почвой и растительными сообществами. Физико-математической основой модели климата является система уравнений гидротермодинамики (так называемые примитивные уравнения), основанные на законах Ньютона, сохранения энергии, массы и импульса, записанных применительно к вязкой сжимаемой жидкости, которой в хорошем приближении является атмосфера. Решение таких систем уравнений с детализацией до десятков км по горизонтали и сотен метров по вертикали, на временных масштабах до нескольких десятилетий является вычислительно очень затратной задачей, поэтому она реализуется на суперкомпьютерных комплексах.

Авторами используется региональная мезомасштабная негидростатическая модель COSMO-CLM v.5.0, которая разрабатывается консорциумом COSMO (Consortium for Small-scale Modeling), включающим в себя национальные службы прогноза погоды ряда стран, в том числе Росгидромет. Развитие климатической версии модели осуществляется в рамках международного научного сообщества CLM-Community (http://clm-community.eu), в которое входят и авторы. В докладе представляются результаты некоторых проведенных экспериментов, в частности, рассказывается о методе создания многолетнего архива гидрометеорологической информации для большого региона, приводится пример создания высокодетализированного архива комплексной информации о городской среде, с использованием специфических данных об урбанизированной подстилающей поверхности и дополнительных модельных блоков, и другие приложения регионального климатического моделирования.

Ссылки по теме работы:

1) Platonov Vladimir, Kislov Alexander, Rivin Gdaly, Varentsov Mikhail, Rozinkina Inna, Nikitin Mikhail and Chumakov Mikhail. Mesoscale atmospheric modelling technology as a tool for creating a long-term meteorological dataset. IOP Conf. Series: Earth and Environmental Science, 96, 2017.
2) М. И. Варенцов, Т. Е. Самсонов, А. В. Кислов, П. И. Константинов. Воспроизведение острова тепла Московской агломерации в рамках региональной климатической модели cosmo-clm. Vestnik Moskovskogo Unviersiteta, Seriya Geografiya, (6):25–37, 2017.
3) Varentsov, M.; Wouters, H.; Platonov, V.; Konstantinov, P. Megacity-Induced Mesoclimatic Effects in the Lower Atmosphere: A Modeling Study for Multiple Summers over Moscow, Russia. Atmosphere 2018, 9, 50.
4) Климат Москвы в условиях глобального потепления / под ред. Кислова А.В / Л. И. Алексеева, М. И. Варенцов, Е. В. Горбаренко и др. — Издательство Московского университета Москва, 2017. — С. 288.
5) С. А. Мысленков, В. С. Платонов, П. А. Торопов, А. А. Шестакова. Моделирование штормового волнения в Баренцевом море. Vestnik Moskovskogo Unviersiteta, Seriya Geografiya, (6):65–75, 2015.
6) М. И. Варенцов, П. С. Вереземская, Е. В. Заболотских, И. А. Репина. Оценка качества воспроизведения полярных мезоциклонов по данным реанализов и результатам регионального климатического моделирования. Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса, 13(4):168–191, 2016.

11 декабря 2017 г., 16:30

1. 16:30-17:15

Стариков С.В., к.ф.-м.н., с.н.с.
Смирнова Д.Е., к.ф.-м.н., н.с.
Колотова Л.Н., м.н.с.
Цепляев В.И., м.н.с.
Корнева М.А., м.н.с.
Гордеев И.С., стаж.-иссл.
Объединенный институт высоких температур РАН

Многомасштабное компьютерное моделирование в материаловедении

Актуальной задачей для материаловедения является создание методики прогнозирования поведения материалов с различной микроструктурой при термическом и механическом воздействиях. Описание таких процессов как диффузионные и мартенситные фазовые переходы, рекристаллизация и пластическая деформация требует учета различных явлений на разных масштабах. Одним из перспективных направлений исследования является многомасштабное компьютерное моделирование. Такой подход предполагает, что для описания поведения материала на различных пространственных и временных масштабах используются различные теоретические методы. Важно отметить, что при таком подходе очень важна согласованность методов и возможность их взаимной корректировки. В основе разработки многомасштабной модели лежат квантовые расчеты и разработка межатомного потенциала по методу "согласование по силе". Идея этого метода заключается в восстановлении межатомного потенциала по ab initio данным (межатомным силам, энергиям и напряжениям), рассчитанным для ряда эталонных структур методами квантовой физики. Разработанные потенциалы используются в классической молекулярной динамике для расчета коэффициентов диффузии, энергий образования дефектов, мобильности дислокаций и характеристик фазовых переходов. Полученные данные закладываются в микроскопические модели, такие как дислокационная динамика и метод фазового поля, которые позволяют напрямую смоделировать эволюцию микроструктуры при термическом и механическом воздействиях. В данной работе на примере молибдена и сплава Zr-Nb рассмотрены особенности и проблемы такого подхода.

Ссылки по теме работы:

1. Smirnova D.E., Starikov S.V., An interatomic potential for simulation of Zr-Nb system // Computational Materials Science. – 2017. – V. 129. – P. 259-272.
2. Smirnova D., Starikov S., Study of Niobium Diffusion and Clusterization in hcp Zr-Nb Dilute Alloys // Defect & Diffusion Forum. – 2017. –V. 375. – P. 167-174.
3. Tseplyaev V., Serenko N., Starikov S., The Investigation of Dislocation Behaviour in Molybdenum Using Molecular Dynamics // Defect and Diffusion Forum. 2017. – V. 375. – P. 175-181.
4. Smirnova D.E., Kuksin A.Y., Starikov S.V., Investigation of point defects diffusion in bcc uranium and U–Mo alloys // Journal of Nuclear Materials. – 2015. – V. 458. – P. 304-311.

2. 17:15-18:00

Воронин А.А., к.ф.-м.н., н.с. Международного учебно-научного лазерного центра МГУ им. М.В. Ломоносова
Митрофанов А.В., к.ф.-м.н., н.с. Института проблем лазерных и информационных технологий РАН
Ланин А.А., к.ф.-м.н., м.н.с. Международного учебно-научного лазерного центра МГУ им. М.В. Ломоносова
Степанов Е.А., аспирант Физического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова
Сидоров-Бирюков Д.А., к.ф.-м.н., с.н.с. Международного учебно-научного лазерного центра МГУ им. М.В. Ломоносова
Федотов А.Б., к.ф.-м.н., доцент Международного учебно-научного лазерного центра МГУ им. М.В. Ломоносова
Желтиков А.М., д.ф.-м.н., профессор Международного учебно-научного лазерного центра МГУ им. М.В. Ломоносова

Суперкомпьютерное моделирование нелинейной динамики ультракоротких лазерных импульсов

Распространение мощных сверхкоротких световых импульсов сопровождается сложной нелинейной пространственно-временной динамикой, в которой многообразные эффекты спектрально-временного преобразования поля неразрывно связаны с неоднородной по импульсу пространственной динамикой светового пучка. Анализ нелинейной динамики мощных сверхкоротких световых импульсов с учетом пучковых неустойчивостей, распада пучка на множественные филаменты, а также уникальных явлений формирования предельно коротких импульсов светового поля приводит к задачам, эквивалентных по своей вычислительной сложности задачам моделирования временной эволюции физической системы с миллиардами степеней свободы. Для выполнения расчетов такого класса сложности требуется эксафлопный объем вычислительных операций, который, как правило, выполняется с использованием суперкомпьютеров. В настоящем докладе будут представлены методы физического моделирования и численного анализа, позволяющие решать подобные задачи на кластере графических ускорителей. Выполненные таким методом эксафлопные вычисления указывают на существование новых уникальных явлений пространственно-временной динамики сверхмощных ультракоротких световых импульсов. Показана возможность формирования мощных световых импульсов рекордно короткой длительности, в которых световое поле оказывается локализованным одновременно в пространстве и времени за счет баланса дисперсии и нелинейности в условиях подавления дифракционной расходимости пучка в результате совместного действия керровской и ионизационной нелинейностей.

27 ноября 2017 г., 16:30

1. 16:30-17:15

Гудимчук Н.Б., с.н.с., к.ф.-м.н., Физический факультет МГУ им. М.В. Ломоносова

Полноатомное и крупнозернистое молекулярное моделирование микротрубочки - основного двигателя хромосом во время митоза
(презентация, 4 Мб)

Микротрубочки - динамические полимеры белка тубулина, которые растут и укорачиваются в живых клетках, осуществляя поиск, захват и распределение хромосом по дочерним клеткам во время митоза. Механизмы, лежащие в основе динамики микротрубочек и их способности развивать механические силы, остаются до конца не понятны в течение уже более 30 лет. Недавно нами была создана крупнозернистая молекулярно-динамическая модель микротрубочки, которая позволила с беспрецедентной детализацией описать большое количество экспериментальных данных, ранее не поддававшихся описанию в рамках одного набора параметров. С помощью построенной модели мы предложили новый механизм спонтанного перехода микротрубочки от сборки к разборке. В настоящее время мы работаем над созданием полноатомной молекулярной модели фрагментов микротрубочки, которая должна непротиворечиво связать структурные данные о тубулине и биофизические данные о динамике микротрубочек, в конечном итоге предоставив возможность предсказания эффективности анти-раковых лекарств, нацеленных на подавление деления клеток путем остановки динамики микротрубочек.

Ссылки по теме работы:

1. P. Zakharov, N. Gudimchuk, V. Voevodin, A. Tikhonravov, F.I. Ataullakhanov, and E.L. Grishchuk. Molecular and Mechanical Causes of Microtubule Catastrophe and Aging. Biophys J. 2015 Dec 15; 109(12): 2574–2591. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4701015/

2. 17:15-18:00

Цымбалов И.Н., Гожев Д.А., Прокудин В.В., Сенькевич А.М., Савельев А.Б., Ксенофонтов П.А., Брантов А.В., Быченков В.Ю., Романов Д.В.
Физический факультет МГУ им. М.В. Ломоносова
Международный лазерный центр МГУ им. М.В. Ломоносова
Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН
Красноярский государственный педагогический университет

Моделирование взаимодействия лазерного излучения экстремальной интенсивности с пространственно-неоднородной плазмой
(презентация, 8 Мб)

Фемтосекундные лазерные системы, обладая малой длительностью светового импульса (10–1000 фс), обеспечивают пиковую мощность вплоть до 1 ПВт и интенсивность в диапазоне 1018–1022 Вт/см2. Эти системы позволяют получать в лабораторных условиях сверхсильные световые поля, использование которых делает возможным проведение экспериментов по ускорению заряженных частиц в лазерной плазме до энергий в несколько ГэВ. Взаимодействие мощных лазерных импульсов с плазмой – это сложный нелинейный процесс, зачастую сопровождающийся самофокусировкой, возбуждением различных плазменных неустойчивостей и т. д. Детальное исследование таких процессов невозможно без использования кинетического подхода к описанию плазмы. Применимые для конкретных экспериментальных условий расчеты в рамках такого подхода можно осуществить только численно, для чего нами используется 3D 3V PIC-код Mandor. В данном докладе будет рассказано об особенностях моделирования лазерной плазмы методом крупных частиц (PIC), а так же продемонстрированы результаты численного моделирования различных процессов взаимодействия лазерного излучения с плазмой, таких как самофокусировка, возбуждение плазменных волн, генерация горячих электронов и ионов в объеме плазмы и на поверхности специально подготовленных микроструктурированных мишеней.

Ссылки по теме работы:

1. Nanostructured plasmas for enhanced gamma emission at relativistic laser interaction with solids / K. A. Ivanov, D. A. Gozhev, S. P. Rodichkina et al. // Applied Physics B: Lasers and Optics. — 2017. — Vol. 123, no. 10. — P. 252.
2. Postionisation of a spatially nonuniform plasma plume under high-intensity femtosecond laser irradiation / D. A. Krestovskikh, K. A. Ivanov, I. N. Tsymbalov et al. // Quantum Electronics. — 2017. — Vol. 47, no. 1. — P. 42–47.
3. Prepulse controlled electron acceleration from solids by a femtosecond laser pulse in the slightly relativistic regime / K. A. Ivanov, I. N. Tsymbalov, S. A. Shulyapov et al. // Physics of Plasmas. — 2017. — Vol. 24, no. 6. — P. 063109.
4. Enhanced relativistic laser–plasma coupling utilizing laser-induced micromodified target / K. A. Ivanov, A. V. Brantov, S. I. Kudryashov et al. // Laser Physics Letters. — 2015. — Vol. 12, no. 4. — P. 046005.
5. Parametric waves excitation in relativistic laser-plasma interactions for electron acceleration / S. A. Shulyapov, K. Ivanov, I. N. Tsymbalov et al. // Journal of Physics: Conference Series. — 2015. — Vol. 653, no. 3. — P. 012007.
6. Comparative study of amplified spontaneous emission and short pre-pulse impacts onto fast electron generation at sub-relativistic femtosecond laser-plasma interaction / K. A. Ivanov, S. A. Shulyapov, P. A. Ksenofontov et al. // Physics of Plasmas. — 2014. — Vol. 21. — P. 093110–093110.

30 октября 2017 г., 16:30

1. 16:30-17:15

Емельяненко К.А., н.с.
Емельяненко А.М., д.ф.-м.н., зав.лаб.
Бойнович Л.Б., академик РАН, г.н.с.
Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина РАН

Расчет ван-дер-ваальсовых взаимодействий в наносистемах с применением суперкомпьютерных комплексов
(презентация, 2 Мб)

Развитие методов моделирования поверхностных сил в наноразмерных системах, является одним из ключевых направлений в нанотехнологиях. С одной стороны, это связано с тем, что подходы, дающие точные количественные оценки явлений в тонких и ультратонких пленках, позволят существенно продвинуться в вопросе создания материалов с желаемыми свойствами, а с другой, позволят решить обратную задачу по определению поверхностных и объемных свойств отдельных частиц из макроскопических свойств дисперсий. Метод связанных осциллирующих диполей (CFDM), предложенный Рене и Нижбуром в середине прошлого века, лишь недавно получил распространение благодаря росту вычислительных мощностей. Данный метод позволяет рассчитать ван-дер-ваальсовы силы между наночастицами с учетом поправок на многотельные взаимодействия, а с использованием периодических граничных условий может быть распространен и для анализа протяженных систем, например, смачивающих и свободных пленок. В данной работе использовался микроскопический подход, учитывающий многотельные взаимодействия, для расчета Ван-дер-Ваальсовых сил в системах наночастиц разной формы и взаимной ориентации, а также в системах смачивающих и свободных пленок. На основе этого метода были изучены пределы применимости различных макроскопических и микроскопических методов, получены зависимости для взаимодействия в системах, ранее не изученных аналитически. На основе предложенного нами метода для моделирования объемных частиц и расчета избыточных энергий пленок были получены изотермы расклинивающего давления для пленок углеводородов на низкополярных подложках.

2. 17:15-18:00

Головин А.В., д.х.н., доцент, ФББ МГУ
Залевский А.О., аспирант, ФББ МГУ
Смирнов И.В., д.х.н., с.н.с., ИБХ РАН
Габибов А.Г., академик РАН, профессор, ИБХ РАН

Вычислительный комбинаторный подход для создания фермента
(презентация, 17 Мб)

Абзимы – антитела, обладающие каталитической активностью. Сейчас некоторые онкологические заболевания лечат с помощью антител. Эффективность действия антител может быть повышена в тысячи раз при наличии ферментативной активности в белке. Ранее было найдено антитело способное к гидролизу пестицида, фосфорорганического соединения параоксон, который используется как безопасный прототип химического оружия. Используя комбинаторный подход к мутированию структуры, с помощью вычислительных методов молекулярного моделирования нам удалось из примерно миллиона мутантов отобрать 2 мутанта, эффективность которых in vitro была в 200 раз лучше, чем у исходного антитела. Оптимизация этого подхода позволяет перейти к фундаментальной задаче о переносе активного центра из природного фермента в антитело.

Ссылки по теме работы:

1. Smirnov I.V., Golovin A.V., Chatziefthimiou S.D., Stepanova A.V., Peng Y., Zolotareva O.I., Belogurov A.A. Jr., Kurkova I.N., Ponomarenko N.A., Wilmanns M., Blackburn G.M., Gabibov A.G., Lerner R.A. Robotic QM/MM-driven maturation of antibody combining sites. Sci. Adv. 2016; 2(10):e1501695. http://advances.sciencemag.org/content/2/10/e1501695
2. QM/MM-driven abzyme maturation in one minute: https://www.youtube.com/watch?v=rf-m3D39aJU

16 октября 2017 г., 16:30

1. 16:30-17:15

Пичугина Д.А., д.х.н., доцент Химического ф-та МГУ, зав. каф. Института русского языка и культуры МГУ
Кузьменко Н.Е., д.ф.-м.н., профессор Химического ф-та МГУ
Голосная М.Н., аспирант Химического ф-та МГУ
Никитина Н.А., аспирант Химического ф-та МГУ
Агафонов А.А., студент Химического ф-та МГУ

Применение суперкомпьютерных технологий для решения задач гетерогенного катализа с участием наночастиц переходных металлов
(презентация, 4 Мб)

В последнее время благодаря развитию компьютерной техники и новых методов расчета прикладная квантовая химия стала информативным инструментом для решения практических задач в различных областях химии. Главное достоинство такого подхода заключается в возможности исследовать реакцию на атомном уровне. В то же время существует ряд нерешенных фундаментальных проблем, ограничивающих применение квантово-химических методов для исследования строения наночастиц переходных металлов и механизма реакций с их участием. В докладе будут представлены примеры применения современных вычислительных методов, реализованных на суперкомпьютере МГУ, для исследования на атомном уровне гетерогенных реакций, представляющих интерес для нефтехимических и энергосберегающих технологий. Будет показано, как современные вычислительные подходы обеспечивают получение широкого массива данных о реакционной способности частицы, строении интермедиатов реакции и переходных состояний, позволяют изучать структурные и размерные эффекты в химических превращениях с участием наночастиц. Особое внимание будет уделено проблеме тестирования вычислительных методов.

Ссылки по теме работы:

1. Pichugina D.A., Polynskaya Y.G., Kuz'menko N.E. Spin and structural features of oxygen dissociation on tetrahedral Ag20 and Ag19Au clusters. Phys. Chem. Chem. Phys., 2016, 18, 18033-18044.
2. Пичугина Д.А., Кузьменко Н.Е., Шестаков А.Ф. Индивидуальные кластеры золота, стабилизированные лигандами: строение, синтез и применение. Успехи химии, 2015, 1114– 1144.
3. Beletskaya A. V., Pichugina D. A., Shestakov A. F., Kuz’menko N. E. Formation of H2O2 on Au20 and Au19Pd Clusters: Understanding the Structure Effect on the Atomic Level. J. Phys. Chem. A 2013, v. 117, p. 6817−6826.
4. Mukhamedzyanova D.F., Ratmanova N.K., Pichugina D.A., Kuz’menko N.E. A structural and stability evaluation of Au12 from an isolated cluster to the deposited material. J. Phys. Chem. C., 2012, v. 116, p. 11507–11518.

2. 17:15-18:00

Харланов О.Г., к.ф.-м.н., ассистент Физического ф-та МГУ
Казаков К.А., к.ф.-м.н., доцент Физического ф-та МГУ

Эффективное моделирование сильнонелинейной динамики распространения фронтов пламен с помощью оболочечного подхода
(презентация, 1 Мб)

Для численного исследования процессов горения газовых смесей обычно используется так называемый метод прямого численного моделирования (DNS), основанный на решении системы уравнений газодинамики и кинетики. Данный метод «грубой силы», однако, зачастую оказывается не в силах количественно описать поведение фронтов реальных пламен, поскольку динамика их распространения включает физику на существенно различающихся пространственных масштабах. В противоположность DNS, недавно выведенные аналитически уравнения так называемого оболочечного (on-shell) подхода апеллируют только к форме фронта и значениям скоростей газа на нем и описывают многообразие всевозможных газовых смесей в терминах четырех параметров. За экономию, однако, приходится платить: оболочечные уравнения представляют собой сильнонелинейные интегро-дифференциальные уравнения с сингулярным ядром. В докладе, наряду с кратким обзором оболочечного подхода, мы расскажем о разработанном нами численном методе решения оболочечных уравнений и особенностях его параллелизации. Мы обсудим полученные нами решения для фронтов и скоростей распространения пламен и сравним их с данными эксперимента.

Ссылки по теме работы:

1. Kazakov K.A., Kharlanov O.G. Numerical study of strongly-nonlinear regimes of steady premixed flame propagation. The effect of thermal gas expansion and finite-front-thickness effects, e-Print arXiv:1708.09346 [physics.flu-dyn].
2. Kazakov K.A. Exact equation for curved stationary flames with arbitrary gas expansion, Phys. Rev. Lett. 94, 094501 (2005).
3. Kazakov K.A. On-shell description of stationary flames, Phys. Fluids 17, 032107 (2005).

2 октября 2017 г., 16:30

1. 16:30-17:15

Гайнуллин И.К., к.ф.-м.н., доцент
Физический факультет МГУ им. М.В. Ломоносова

Трехмерное моделирование зарядового обмена между ионными пучками и поверхностью металла
(презентация, 3 Мб)

Работа посвящена численному моделированию резонансного электронного перехода при взаимодействии ионов с поверхностью. Основная новизна предложенного подхода заключается в использовании оригинального трехмерного программного кода для моделирования зарядового обмена в сочетании с трехмерными псевдопотенциалами, описывающими поверхность металла на атомарном уровне. Полное трехмерное моделирование позволяет исследовать такие фундаментальные аспекты резонансного электронного обмена, как азимутальную зависимость и анизотропию распространения электрона в кристалле. Разработанная методика трехмерного моделирования и уточненная модель обсчета экспериментов по зарядовому обмену продемонстрировали количественное совпадение с большим количеством экспериментальных данных. Некоторые экспериментальные результаты, например, азимутальная зависимость вероятности зарядового обмена при скользящем рассеянии, объяснены впервые.

Ссылки по теме работы:

Gainullin I.K. Three-dimensional modeling of resonant charge transfer between ion beams and metallic surfaces // Phys. Rev. A. 2017. V. 95, 052705.

2. 17:15-18:00

Пилипенко С.В., к.ф.-м.н., с.н.с. ФИАН им. П.Н. Лебедева
Sánchez-Conde M.A., Ph.D., Центр физики космических частиц университета Стокгольма, Университет Мадрида
Prada F., Ph.D., Андалузский институт астрофизики
Yepes G., Ph.D., профессор, Университет Мадрида

Моделирование структур из темной материи
(презентация, 41 Мб)

Несмотря на то, что астрофизики давно считают доказанным существование темной материи, о ее свойствах известно чрезвычайно мало. Для ведущихся сейчас попыток зарегистрировать частицу темной материи важно знать, как эта материя распределена в галактиках. Общепринятым подходом для предсказания этого распределения является численное моделирование методом N тел. Цель нашего проекта, выполняемого на суперкомпьютерном комплексе МГУ, состоит в том, чтобы с помощью численных моделей описать распределение темной материи на малых масштабах (много меньше размеров галактик), что является критическим для некоторых экспериментов, например, поиска гамма-излучения от аннигиляции темной материи, гравитационного линзирования, интерпретации новейших измерений скоростей звезд спутником GAIA. Нами получены новые данные о параметрах маломассивных объектов, состоящих из темной материи, так называемых минигало.

Ссылки по теме работы:

Pilipenko S.V., Sánchez-Conde M.A., Prada F., Yepes G. Pushing down the low-mass halo concentration frontier with the Lomonosov cosmological simulations // Mon. Not. R. Astron. Soc. [arXiv: http://arxiv.org/abs/1703.06012].

15 мая 2017 г., 16:30

1. 16:30-17:15

Невидимов А.В., к.х.н., н.с.,
Кременец В.А., студент
Разумов В.Ф., д.ф.-м.н., г.н.с., проф., чл.-корр.
Институт проблем химической физики РАН
МГУ им. М.В. Ломоносова, факультет физико-химической инженерии

Молекулярно-динамическое моделирование структуры коллоидных квантовых точек и их нанокластеров

Коллоидные квантовые точки (ККТ) представляют собой новый класс люминофоров и обладают рядом уникальных свойств, отсутствующих у объёмного вещества, из которого они состоят. Эти свойства напрямую определяются размером ККТ, что позволяет варьировать свойства ККТ путём простого изменения их размера при синтезе. Ключевую роль при фиксации размера и стабилизации свойств ККТ играют специальные молекулы — стабилизирующие лиганды. Лиганды не только ограничивают рост ККТ, но и защищают их поверхность от окисления кислородом воздуха. Различные лиганды по-разному справляются с этой задачей. Кроме того, под влиянием растворителя лиганды способны покидать оболочку. В работе использовано компьютерное моделирование методом классической молекулярной динамики (программа NAMD, суперкомпьютер «Ломоносов») для изучения стабилизирующего действия и устойчивости оболочек, состоящих из традиционно применяемых лигандов, таких как триоктилфосфин, триоктилфосфин оксид, октадецилфосфоновая кислота, гексадециламин. При этом изучены свойства оболочек индивидуальных ККТ, строение комплексов из нескольких ККТ. На следующем этапе было применено математическое моделирование для изучения формирования нанокластера ККТ и исследования его свойств, таких как фёрстеровский резонансный перенос энергии (FRET) между ККТ в нанокластере. Для этого была написана и применена специальная компьютерная программа, позволившая интерпретировать наблюдаемые результаты экспериментов по FRET.

2. 17:15-18:00

Кузанян К.М., д.ф.-м.н., в.н.с. ИЗМИРАН

Сжимаемая конвекция в анеластическом приближении быстровращающихся сферических оболочек-атмосфер гигантских планет

Построена модель сжимаемой гидродинамической конвекции в анеластическом приближении в быстровращающихся сферических оболочек для атмосфер гигантских планет типа Юпитера, Сатурна и возможных экзо-планет. Рассмотрено политропное базовое состояние, и используется представление о разделении масштабов на неразрешимые в рамках модели вихри и крупномасштабные течения. В духе идей Брагинского и Робертса (1995) поток тепла (энтропии) на мелких масштабах представляется пропорциональным градиенту средней энтропии, что эквивалентно представлениям о теории средних полей, используемой, например, в теории динамо. Методами прямого численного моделирования решены уравнения переноса тепла и движения в сжимаемой среде, используется спектральное представление по горизонтальным направлениям и метод конечных разностей по вертикальному направлению в сферической оболочке. Реализован параллельный код, который отлажен и бенч-маркирован с другими аналогичными продуктами в научном сообществе по магнитной гидродинамике.

Ссылки по теме работы:

1. Jones C.A., Kuzanyan K.M., Mitchell R.H. Linear theory of compressible convection in rapidly rotating spherical shells, using the anelastic approximation, J. Fluid Mech. 2009. V. 634. P. 291. (ftp://kronos.izmiran.ru/kuzanyan/eps_kuz/JonesKuzMitch2009JFM.pdf)
2. Jones C.A., Kuzanyan K.M. Compressible convection in the deep atmospheres of giant planets, Icarus. 2009. V. 204, N 1. P. 227-238. (ftp://kronos.izmiran.ru/kuzanyan/eps_kuz/JonesKuz2009.pdf)

17 апреля 2017 г., 16:30

1. 16:30-17:15

Юлдашев П.В., к.ф.-м.н., ст. преподаватель
Сапожников О.А., д.ф.-м.н., профессор
Хохлова В.А., д.ф.-м.н., доцент
МГУ им. М.В. Ломоносова, Физический факультет

Использование суперкомпьютерных технологий в решении нелинейных волновых задач неинвазивной ультразвуковой хирургии

Фокусированный ультразвук высокой интенсивности (в англоязычной литературе – high intensity focused ultrasound, HIFU) на сегодняшний день широко используется в лабораторных исследованиях и клинической практике для воздействия на биологические ткани. В докладе представлены новые метрологические методы численного эксперимента для определения параметров нелинейных ударно-волновых полей HIFU; разработки излучателей, позволяющих получить в фокусе поля с заданными уровнями нелинейного искажения и пиковых значений давления; анализа влияния акустических свойств ткани на нелинейную фокусировку и параметры поля in situ; исследования физических механизмов механического и теплового воздействия ультразвука на ткань. Численный эксперимент использует данные измерений для постановки граничных условий и реализуется с использованием методов параллельного программирования для многоядерных машин с общей памятью. Полученные результаты используются в научных центрах, компаниях и медицинских лабораториях в России и за рубежом для разработки стандартов, развития новых технологий и клинических приложений неинвазивной ультразвуковой хирургии.

Ссылки по теме работы:

1. P.B. Rosnitskiy, P.V. Yuldashev, O.A. Sapozhnikov, A. Maxwell, W. Kreider, M.R. Bailey, V.A. Khokhlova. Design of HIFU transducers for generating specified nonlinear ultrasound fields. IEEE Trans. Ultrason., Ferroelect., Freq. Contr., 2017, v. 64(2), pp. 374 – 390.
2. W. Kreider, P.V. Yuldashev, O.A. Sapozhnikov, N. Farr, A. Partanen, M.R. Bailey, and V.A. Khokhlova. Characterization of a multi-element clinical HIFU system using acoustic holography and nonlinear modeling. IEEE Trans. Ultrason., Ferroelect., Freq. Contr., 2013, v. 60(8), pp.1683-1698.
3. P.V. Yuldashev, S.M. Shmeleva, S.A. Ilyin, O.A. Sapozhnikov, L.R. Gavrilov, V.A. Khokhlova. The role of acoustic nonlinearity in tissue heating behind a rib cage using high intensity focused ultrasound phased array. Phys. Med. Biol., 2013, v. 58(8), pp. 2537-2559.

2. 17:15-18:00

Лисица В.В., к.ф.-м.н., зав. лаб.
Вишневский Д.М., н.с.
Костин В.И., к.ф.-м.н., с.н.с.
Решетова Г.В., д.ф.-м.н.
Чеверда В.А., д.ф.-м.н., зав. лаб.
Институт нефтегазовой геологии и геофизики СО РАН
Институт вычислительной математики и математической геофизики СО РАН

Моделирование волновых сейсмических полей в средах с локальными осложняющими факторами

В работе рассматривается проблема численного моделирования волновых сейсмических процессов в средах с локальными осложняющими факторами: скопления мелкомасштабных неоднородностей, анизотропные и вязкоупругие включения, наличие резкоконтрастных границ со сложной геометрией. Предлагаемые в работе подходы основаны на комплексировании разных численных методов, так что ресурсоемкие и вычислительно сложные методы используются локально. В частности, для учета мелкомасштабной структуры пластов используется локальное пространственно-временное измельчение сеток. Расчет решения в моделях со сложной топографией свободной поверхности проводится на основе комбинирования разрывного метода Галеркина, который используется в верхней части модели, и метода конечных разностей.

3 апреля 2017 г., 16:30

1. 16:30-17:15

Никитин Н.В., д.ф.-м.н., зав. лаб. Общей аэродинамики НИИ механики МГУ
Пиманов В.О., аспирант Механико-математического ф-та МГУ, н.с. НИИ механики МГУ

О механизме пристенной турбулентности

Движение жидкости и газа в окружающей природе, а также в большом числе технических устройств происходит при больших скоростях, при которых реализуется турбулентный режим течения. Турбулентность характеризуется наличием случайных во времени и в пространстве пульсаций гидродинамических параметров, большим разбросом динамически важных масштабов вовлеченных в движение вихрей. Переход к турбулентности сопровождается как правило кардинальным изменением основных характеристик потока. Например, при течении вдоль твердой поверхности происходит многократное повышением сопротивления трения. Существуют оценки, согласно которым до 20% всей вырабатываемой в мире энергии расходуется в конечном итоге на преодоление турбулентного трения в транспортных системах и в магистральных трубопроводах. Нет сомнений, что появление средств снижения турбулентного трения сулило бы в мировом масштабе невероятную по объему экономию энергии, повышение производительности огромного числа технических устройств, улучшение экологической обстановки. Поиск средств снижения турбулентного трения и, что более обще, поиск методов описания, предсказания и прогнозирования свойств турбулентных потоков активно ведется во многих странах.

Серьезный импульс исследование турбулентности получило с появлением мощных компьютеров и, в частности, многопроцессорных вычислительных систем. Появилась возможность численного моделирования турбулентных течений на основе решения основных уравнений движения вязкой жидкости - уравнений Навье-Стокса. Если в конце 20 века основным в численных расчетах было доказательство пригодности детерминированной системы уравнений Навье-Стокса для описания стохастических турбулентных процессов, то в наши дни, прямое численное моделирование заслужило статус равноправного и надежного инструмента исследования турбулентности и все шире применяется для расчета конкретных течений, а главное для изучения фундаментальных свойств турбулентности, недоступных для исследования более традиционными экспериментальными методами.

В докладе будут представлены последние результаты численного исследования механизма самоподдержания турбулентного течения вблизи твердой стенки. Удивительно, что несмотря на почти полуторавековую историю изучения явление пристенной турбулентности на сегодняшний день в значительной степени остается непонятым. Мы не можем теоретически обосновать даже простейшие, хорошо известные из экспериментов зависимости, такие, например, как турбулентный закон сопротивления в круглой трубе. Основная проблема состоит в том, что среднее течение в пристенных потоках оказывается устойчивым к малым возмущениям, таким образом, передача энергии пульсационному движению является сугубо нелинейным процессом. Со времен первых экспериментов О.Рейнольдса известно, что турбулентность в трубах на пороге своего возникновения проявляется в виде локализованных в пространстве структур, разделенных участками ламинарного потока. Мы называем такие структуры турбулентными порывами. Турбулентный порыв может рассматриваться как своеобразная единица турбулентности, содержащая внутри себя все необходимые элементы для выживания и самоподдержания. В этом отношении турбулентный порыв является уникальным объектом для исследования. Турбулентный порыв адекватно реализуется в численных расчетах. Однако, несмотря на свою локализованность в пространстве, он все же остается чрезвычайно сложным для исследования из-за стохастичности происходящих внутри него процессов. Нам удалось численно реализовать решения уравнений Навье-Стокса в некотором смысле аппроксимирующие турбулентный порыв, однако обладающие гораздо более простой пространственно-временной структурой. Благодаря этому мы смогли полностью изучить механизмы их самоподдержания, в частности, выявить способ передачи энергии от среднего течения к пульсационному. Мы надеемся, что найденные нами механизмы ответственны за возникновение и поддержание турбулентности в пристенных течениях.

Расчеты проводились на суперкомпьютерах МГУ "Чебышев" и "Ломоносов".

Ссылки по теме работы:

1. Nikitin N. Finite-difference method for incompressible Navier-Stokes equations in arbitrary orthogonal curvilinear coordinates. Journal of Computational Physics, 217(2), 759-781, 2006.
2. Никитин Н.В., Пиманов В.О. Численное исследование локализованных турбулентных структур в трубах. Изв. РАН, МЖГ, №5, с.64-75, 2015.

2. 17:15-18:00

Лягин И.В., к.х.н., с.н.с. Химического ф-та МГУ
Ефременко Е.Н., д.б.н., проф., зав.лаб. Химического ф-та МГУ

Моделирование фермент-полиэлектролитных комплексов на основе органофосфатгидролазы

Молекулярное моделирование предоставляет мощный инструментарий для решения самых разнообразных задач физики, химии, биологии, медицины и т.д. Одной из таких практически значимых областей исследований является разработка защитных препаратов против токсичных веществ. В частности, в рамках данного проекта с привлечением молекулярного докинга был апробирован подход к рациональному дизайну препаратов против отравления нейротоксичными фосфорорганическими соединениями в виде нековалентных интерполимерных (фермент-полиэлектролитных) комплексов на основе органофосфатгидролазы. Варьирование полимера и условий образования таких комплексов (всего 32 варианта) позволило отобрать перспективные комбинации, положительно влияющие на сохранение ферментативной активности (всего 7 вариантов). Затем 6 из предположительно-положительных комплексов, а также ряд «отрицательных» вариантов были получены и исследованы. Для 4 из 6 комплексов был подтвержден теоретически полученный результат, что может свидетельствовать о большом потенциале использованного подхода.

20 марта 2017 г., 16:30

1. 16:30-17:15

Мазо М.А., к.ф.-м.н., с.н.с. ИХФ РАН им. Н.Н. Семенова
Балабаев Н.К., к.ф.-м.н., зав. лаб. ИМПБ РАН - филиал ИПМ им. М.В. Келдыша РАН, доцент МГУ им. М.В. Ломоносова,
Крамаренко Е.Ю., д.ф.-м.н., профессор МГУ им. М.В. Ломоносова

Молекулярно-динамическое моделирование расплава дендримеров

Дендримеры принадлежат к новому классу полимерных материалов с уникальной архитектурой и свойствами. Специфическая пространственная структура, монодисперсность и большое количество функциональных групп, по сравнению с обычными макромолекулами, делают их весьма перспективными для многочисленных применений. Проведено МД моделирование отдельных карбосилановых дендримеров 3-8 генераций и их расплавов в области температур 300 - 600 К. Рассчитанные значения макроскопических параметров для расплавов и их зависимости от номера генерации такие, как плотность, коэффициенты теплового расширения и самодиффузии находятся в хорошем согласии с доступными экспериментальными данными. Проведен анализ формы дендримеров, распределения внутри- и межмолекулярной плотности, степени взаимопроникновения дендримеров, анализ подвижности отдельных сегментов и центров масс макромолекул. Показано, что с увеличением номера поколения дендримеров и с увеличением температуры расплава молекулы становятся более сферическими и их внутренние области уплотняются. При этом из-за взаимодействия периферийных областей макромолекул абсолютное значение энергии их межмолекулярного взаимодействия значительно возрастает. Молекулы седьмой и восьмой генераций можно уже рассматривать как плотные шары, обладающих менее плотным и более подвижным периферийным слоем, что приводит к появлению областей расплава с пониженной плотностью между дендримерами и влияет на упаковку молекул.

Ссылки по теме работы:

1. Balabaev N.K., Mazo M.A., Kramarenko E.Yu. Macromolecules, 2017, v. 50(1), pp 432–445.

2. 17:15-18:00

Милановский Г.Е.
Семенов А.Ю., д.б.н.
Черепанов Д.А., к.ф-м.н.
Институт физико-химической биологии им. А.Н. Белозерского (МГУ им. М.В. Ломоносова)
Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина РАН

Исследование сверхбыстрых реакций переноса электрона в фотосинтетических белковых комплексах методами молекулярно-динамического моделирования

Фотосинтетические пигмент-белковые комплексы растений и фотосинтезирующих бактерий являются сложными молекулярными генераторами электрического тока, функция которых состоит в преобразовании световой энергии в разность электрического потенциала на мембране клетки или хлоропласта. Комплексы бактериальных реакционных центров и фотосистема 1 растений имеют сходное строение и близкие молекулярные принципы функционирования. Первичные реакции переноса электрона в этих системах, происходящие во временном диапазоне 10^-13 - 10^-9 сек, тесно сопряжены с конформационной динамикой белкового матрикса. С помощью молекулярно-динамических моделей были рассчитаны диэлектрические свойства и динамические характеристики белкового матрикса фотосинтетических комплексов. Результаты моделирования были проанализированы с помощью стохастической модели Ланжевена. Была рассчитана спектральная функция поляризации белка, характеризующая взаимодействие первичной дипольной пары с белковым матриксом. На основании флуктуационно-диссипативной теоремы были определены энергии реорганизации отдельных поляризационных колебательных мод белкового матрикса и предложен фононный механизм аккумуляции энергии фотовозбуждения первичного донора, который объясняет наблюдаемые свойства первичных реакций.

Ссылки по теме работы:

1. Georgy E. Milanovsky, Vladimir A. Shuvalov, Alexey Yu. Semenov, and Dmitry A. Cherepanov, Elastic Vibrations in the Photosynthetic Bacterial Reaction Center Coupled to the Primary Charge Separation: Implications from Molecular Dynamics Simulations and Stochastic Langevin Approach, J. Phys. Chem. B, 2015, 119 (43), pp 13656–13667, DOI: 10.1021/acs.jpcb.5b03036
2. Milanovsky G.E., Ptushenko V.V., Golbeck J.H., Semenov A.Yu, Cherepanov D.A., Molecular dynamics study of the primary charge separation reactions in Photosystem I: Effect of the replacement of the axial ligands to the electron acceptor A0, Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Bioenergetics, 2014, 1837(9), 1472–1483. DOI: 10.1016/j.bbabio.2014.03.001

6 марта 2017 г., 16:30

1. 16:30-17:15

Беляев А.В., к.ф.-м.н., с.н.с. МГУ им. М.В. Ломоносова, с.н.с. ЦТП ФХФ РАН
Alfons G.H., Ph.D., профессор Университета Амстердама
Пантелеев М.А., д.ф.-м.н., профессор МГУ им. М.В. Ломоносова, зав.лаб. ННПЦ ДГОИ им. Д. Рогачева
Атауллаханов Ф.И., член-корр. РАН, д.б.н., профессор МГУ им. М.В. Ломоносова, зав.лаб. ННПЦ ДГОИ им. Д. Рогачева, директор ЦТП ФХФ РАН

Исследование механизмов роста тромба с помощью компьютерного моделирования

Клеточный гемостаз - система остановки кровотечений за счет агрегации клеток крови тромбоцитов в месте повреждения кровеносного сосуда. Но этот же механизм приводит к образованию тромбов и закупориванию сосудов. Цель данного проекта состоит в проведении многостороннего исследования адгезии и агрегации тромбоцитов и выявлении основных гидродинамических и физико-химических процессов, обуславливающих инициацию и остановку роста тромба в потоке крови. В работе используется математическое и компьютерное моделирование в сочетании с экспериментами по росту тромба in vitro и in vivo. Основу подхода составляет комбинация метода решеточного уравнения Больцмана и метода погруженных границ. Ключевую трудность составляет многостадийность процесса роста тромба и связанная с этим необходимость учета кардинально различных пространственно-временных масштабов: от сотен нанометров (при рассмотрении динамики адгезионных рецепторов) до миллиметров (при рассмотрении кровотока на масштабе системы сосудов) и от микросекунд до десятков минут. В связи с этим используется набор моделей, каждая из которых отвечает определенному уровню детализации системы. Перспективой работы является создание предсказательной многомасштабной трехмерной компьютерной модели гемостаза и тромбоза, разрешающей исследуемые процессы на клеточном уровне.

2. 17:15-18:00

Лукьяненко Д.В., доцент, Физический факультет МГУ им. М.В. Ломоносова
Волков В.Т., доцент, Физический факультет МГУ им. М.В. Ломоносова
Казачков А.О., студент, Физический факультет МГУ им. М.В. Ломоносова

Движущиеся фронты в двумерных нелинейных параболических уравнениях: применение асимптотического анализа для построения эффективных параллельных алгоритмов

В докладе будет рассмотрен численно-аналитический подход к исследованию двумерных нелинейных сингулярно возмущённых параболических уравнений. Особенностью данного класса задач является наличие внутренних нестационарных переходных слоёв (движущихся фронтов), т.е. узких областей с большими градиентами решения. Корректное численное моделирование для задач подобного типа требует применения чрезвычайно густых сеток, что приводит с одной стороны к длительному счёту даже на многопроцессорных системах, а с другой стороны к накоплению дополнительных ошибок, связанных с погрешностями машинного округления. Все это может существенным образом отразиться на результатах соответствующих численных экспериментов.

Однако, практически важным в задачах данного класса может являться не моделирование полного решения, а лишь положения в пространстве движущегося фронта, что актуально, например, при решении задач химической кинетики и теории горения, в случае которых фронт соответствует области локализации реакции. В процессе реализации проекта на основе асимптотического анализа двумерной задачи разработана методика сведения исходного двумерного нелинейного сингулярно возмущённого параболического уравнения к набору более простых одномерных уравнений, описывающих положение фронта реакции. Это позволяет эффективно использовать методику параллельных вычислений для описания движения фронтов в пространственно-двумерных (и многомерных) моделях типа «реакция-диффузия-адвекция».

20 февраля 2017 г., 16:30

1. 16:30-17:15

Григорьев Ф.В., Кочиков И.В., Сулимов А.В., Кондакова О.А., Каткова Е.В., Сулимов В.Б., Тихонравов А.В.

Научно-Исследовательский Вычислительный Центр МГУ им. М.В. Ломоносова

Суперкомпьютерное атомистическое моделирование оптических нанопокрытий

Разработан метод атомистического моделирования процесса роста тонких пленок на основе классической молекулярной динамики с оригинальным силовым полем для расчета энергии взаимодействия между атомами. Впервые систематически изучено влияние технологических параметров процесса напыления на структурные и механические свойства пленок диоксида кремния толщиной до 100 нм. Моделирование проведено в Суперкомпьютерном Центре МГУ им. М.В. Ломоносова.

2. 17:15-18:00

Медведев М.Г., Лысенко К.А.
Институт элементоорганических соединений РАН

Достоверность результатов расчётов методами теории функционала плотности

В докладе будет рассмотрен разработанный нами способ определения достоверности результатов расчетов методами теории функционала плотности (ТФП) [1]. Основой ТФП является теорема Хоэнберга-Кона, согласно которой существует такой функционал (он называется точным), который (i) возвращает точную энергию системы по её точной ЭП и (ii) имеет минимум возвращаемой энергии в точной ЭП. Точный функционал известен, но слишком ресурсоёмок для практического применения, поэтому современная теория функционала плотности использует его аппроксимации. Энергетические тесты показывают, что по мере развития ТФП, аппроксимации всё лучше и лучше справляются с задачей вычисления относительных энергий систем. Однако, улучшение воспроизведения энергий молекул еще не говорит о том, что функционалы приближаются к точному: близость функционала к точному требует одновременного воспроизведения точной ЭП и, на основании неё, точной энергии.

Нами была изучена способность большого числа популярных функционалов (128 штук) к воспроизведению практически точной (CCSD-full/aug-cc-pωCV5Z) электронной плотности (RHO), ее градиента (GRD) и Лапласиана (LR). Было обнаружено, что в первые десятилетия развития ТФП воспроизведение энергий и ЭП синхронно улучшалось, но после 2005 года наметился перелом: среднее отклонение ЭП стало постепенно возрастать при сохранении тенденции к улучшению энергий.

Более детальное изучение полученных данных привело к выводу, что этот перелом обусловлен значительным возрастанием количества эмпирических функционалов с «мягкой» формой начиная с 2005 года. Эти функционалы продуцируют очень искажённую электронную плотность, однако заслужили широкую известность в квантовой химии благодаря их хорошим результатам для соединений, близким к включённым в их тренировочную выборку. Однако, наше исследование показывает, что эти функционалы ненадёжны, так как полагаются на компенсацию ошибок: они возвращают правильную энергию исходя из сильно неправильной электронной плотности. Эти функционалы не должны использоваться для квантовохимических расчетов нестандартных систем, в которых их компенсация ошибок может дать сбой, как, например, имело место в недавнем тесте функционалов ТФП. Функционалы, хорошо воспроизводящие и энергию и ЭП, могут считаться надёжными, к ним относятся: PBE0, B3PW91, B98, O3LYP, HSE06, TPSS и др.

Основные расчеты в данной работе были проведены на суперкомпьютерах Ломоносов и BlueGene/P.

Ссылки по теме работы:

1. M.G. Medvedev, I.S. Bushmarinov, J. Sun, J.P. Perdew, Konstantin A. Lyssenko Density functional theory is straying from the path toward the exact functional. Science, 2017, 355 (6320), 49, DOI: 10.1126/science.aah5975.

19 декабря 2016 г., 16:30

1. 16:30-17:15

Борняков В.Г., д.ф.-м.н., в.н.с.
Институт физики высоких энергий
Институт теоретической и экспериментальной физики
Дальневосточный федеральный университет

Вычисления в решеточной квантовой хромодинамике

Доклад посвящен численным расчетам в теории сильных взаимодействий элементарных частиц - квантовой хромодинамике (КХД). Будет сделано введение, объясняющее, что в этой квантовой теории поля переход к пространству Евклида и дискретизация пространства (решеточная КХД) позволяют получение весьма точных физических результатов с помощью суперкомпьютерных вычислений. Приведены примеры важных физических результатов, полученных в решеточной КХД. Будет объяснен алгоритм гибридного Монте Карло, позволяющий вычислять интеграл кратности порядка 10^8 к которому сводится исходный континуальный интеграл для системы, содержащей бозонные и фермионные степени свободы. Будет представлена используемая нашей группой компьютерная программа BQCD и результаты, полученные на суперкомпьютере "Ломоносов".

2. 17:15-18:00

Краснопольский Б.И., к.ф.-м.н., с.н.с., лаборатория общей аэродинамики НИИ механики МГУ им. М.В. Ломоносова

Ускорение расчета турбулентного течения путем одновременного моделирования нескольких его реализаций

Высокоточное моделирование турбулентных течений является одной из традиционных задач для многопроцессорных вычислительных систем. Данные расчеты отличает необходимость использования подробных расчетных сеток и длительные времена интегрирования для осреднения результатов. При моделировании несжимаемых течений основное время расчета тратится на решение больших разреженных систем линейных алгебраических уравнений (эллиптическое уравнение для давления). Операции с разреженными матрицами являются доминирующими в данных алгоритмах, а их эффективность ограничена пропускной способностью памяти вычислительной системы. Известно, что производительность операций с разреженными матрицами оказывается выше при одновременной работе с несколькими векторами. Решение систем уравнений с несколькими правыми частями предпочтительно по сравнению с отдельными решениями систем уравнений с одной правой частью.

В докладе предлагается подход к расчету турбулентных течений, обеспечивающий возможность решения систем уравнений с несколькими правыми частями за счет одновременного расчета нескольких состояний этого течения. Формулируются простые оценки ускорения расчета по сравнению с традиционной процедурой расчета. Указанные критерии подтверждаются соответствующими результатами расчетов и демонстрируется возможность ускорения расчета ряда задач за счет одновременного моделирования нескольких состояний турбулентного течения.

Ссылки по теме работы:

1. Краснопольский Б.И. Одновременное моделирование нескольких состояний турбулентного течения // Суперкомпьютерные дни в России: Труды международной конференции (26-27 сентября 2016 г., г. Москва), с. 333-342 http://russianscdays.org/files/pdf16/333.pdf

5 декабря 2016 г., 16:30

1. 16:30-17:15

Еремин Н.Н., д.х.н., профессор РАН, зав. кафедрой кристаллографии и кристаллохимии, Геологический ф-т МГУ им. М.В.Ломоносова
Марченко Е.И., магистрант, Геологический ф-т МГУ им. М.В.Ломоносова
Гречановский А.Е., к.ф.-м.н., с.н.с., Институт геохимии, минералогии и рудообразования им. Н.П. Семененко НАН Украины

Предсказание кристаллических структур и физических свойств минералов фиксированного и переменного состава

Произошедший в последние десятилетия качественный скачок повышения быстродействия вычислительной аппаратуры, включая появление суперкомпьютерных технологий, позволил перейти к моделированию структуры и свойств не только идеальных кристаллов, но и протяженных изоморфных смесей, свойства которых могут существенно отличаться от характеристик идеальных кристаллов. В докладе рассматриваются задачи, решаемые коллективом авторов с использованием суперкомпьютерных мощностей МГУ: предсказание возможных минеральных фаз глубинных геосфер, оценка локальной структуры, свойств смешения и радиационной устойчивости соединений переменного состава и т.д.

Ссылки по теме работы:

1. Урусов В.С., Еремин Н.Н. Атомистическое компьютерное моделирование структуры и свойств неорганических кристаллов и минералов, их дефектов и твердых растворов // Изд-во ГЕОС, 458 стр. 2012 г.
2. Eremin N.N., Grechanovsky A.E., Marchenko E.I. Аtomistic and ab-initio modeling of СaAl2O4 high-pressure polymorphs under Earth’s mantle conditions // Crystallography Reports 61(3): 432-442, (2016).
3. Еремин Н.Н., Гречановский А.Е., Урусов В.С. Использование суперкомпьютерных технологий для оценки радиационной устойчивости минералоподобных матриц // в сборнике Cуперкомпьютерные технологии в науке, образовании и промышленности: Альманах. Под редакцией академика В.А. Садовничего, серия Суперкомпьютерное образование, Издательство МГУ, том 6, с. 111-118 (2014)
4. Eremin N.N., Protasov N., Hrechanivskyi O. Molecular dynamics modeling of radiation stability of Ca(Zr,Ti,Sn)O3 perovskites // Acta Crystallographica Section A: Foundations and Advances 71(a1):s333-s334 (2015).
5. Urusov V.S., Eremin N.N. The Rule of Negative Deviation from the Additivity of Bulk Modules for Solid Solutions // Doklady Physics, том 58, № 10, с. 442-446 (2013)
6. Гречановский А.Е., Еремин Н.Н., Урусов В.С. Изучение авторадиационных повреждений в лакаргиите Ca(Zr,Ti,Sn)O3 методом молекулярной динамики // Доклады РАН, сер. физическая, том 452, № 2 (2013)
7. Goryaeva A.M., Urusov V.S., Eremin N.N. Atomistic simulations of mixing properties and the local structure of the (Ca, Sr)10[PO4]6F2 solid solution // European Journal of Mineralogy, том 25, № 6, с. 947-955 (2014)
8. Urusov V.S., Eremin N.N. Local structure of solid solutions from the computer simulation results and experimental data // Journal of Structural Chemistry, том 56, № 4, с. 737-751 (2015)

2. 17:15-18:00

Берёзкин А.В., д.ф.-м.н., н.с., Physics Department, Technical University of Munich
Кудрявцев Я.В., д.ф.-м.н., зав. лабораторией модификации полимеров, ИНХС РАН
Jung F., PhD student, Physics Department, Technical University of Munich
Papadakis C.M., Prof., Physics Department, Technical University of Munich

Молекулярное моделирование полимеров: между экспериментом и технологией

Обсуждается моделирование гетерогенной кинетики и динамики в полимерных системах, представляющих фундаментальный и/или прикладной интерес: синтез, аддитивная технология, компатибилизация полимеров и формирование сополимерных наноструктур. Продемонстрированы возможности мезоскопического молекулярного моделирования, выполняемого на суперкомпьютерах «Чебышев» и «Ломоносов», в изучении эффектов и явлений на актуальных для реального эксперимента временных масштабах.

Ссылки по теме работы:

1. Berezkin A.V., Kudryavtsev Ya.V. Simulation of end-coupling reactions at a polymer-polymer interface: the mechanism of interfacial roughness development, Macromolecules, 2011, 44(1), 112-121.
2. Berezkin A.V., Guseva D.V., Kudryavtsev Ya.V. Formation of Linear and Graft Block Copolymers at a Polymer/Polymer Interface: How Copolymer Brush and Microdomain Morphology Control Heterogeneous Reactions. Macromolecules, 2012, 45 (21), P. 8910–8920.
3. Berezkin A.V., Kudryavtsev Ya.V. End-Coupling Reactions in Incompatible Polymer Blends: From Droplets to Complex Micelles through Interfacial Instability. Macromolecules, 2013, 46 (12), 5080–5089.
4. Berezkin A.V., Kudryavtsev Ya.V. Hybrid approach combining dissipative particle dynamics and finite-difference diffusion model: Simulation of reactive polymer coupling and interfacial polymerization. J. Chem. Phys. 2013, 139, 154102 (12).
5. Berezkin A.V., Kudryavtsev Ya.V. Linear interfacial polymerization: Theory and simulations with dissipative particle dynamics, J. Chem. Phys. 2014, 141 (20), 194906 (17).
6. Berezkin A.V., Kudryavtsev Y.V. Effect of cross-linking on the structure and growth of polymer films prepared by interfacial polymerization, Langmuir 2015, 31, 12279−12290.
7. Berezkin A.V., Papadakis C.M., Potemkin I.I. Vertical Domain Orientation in Cylinder-Forming Diblock Copolymer Films upon Solvent Vapor Annealing, Macromolecules, 2016, 49 (1), 415–424.

21 ноября 2016 г., 16:30

1. 16:30-17:15

Семенюк П.И., к.б.н., н.с. НИИ ФХБ им. А.Н. Белозерского МГУ
Софронова А.А., студент ФББ МГУ
Изумрудов В.А., д.х.н., проф. Химического факультета МГУ
Муронец В.И., д.х.н., проф., зав.отд. НИИ ФХБ им. А.Н. Белозерского МГУ

Моделирование комплексов ферментов с полиэлектролитами

Полиэлектролиты (линейные или ветвящиеся полимеры с заряженными в растворе звеньями) - перспективный инструмент для контроля функционального состояния ферментов и создания комплексов с различной функциональной нагрузкой. В частности, включение фермента в состав белок-полиэлектролитных комплексов защищает его от агрегации под действием теплового стресса. Еще одно связанное с агрегацией явление - нейродегенеративные заболевания, в процессе которых в нервных тканях накапливаются амилоидные агрегаты. С помощью полиэлектролитов (в первую очередь, сульфатированных и сульфонированных полимеров) нам удалось добиться контроля различных стадий амилоидной агрегации in vitro.

Для исследования механизма взаимодействия различных белков с полиэлектролитами мы используем метод симуляции молекулярной динамики. Результаты этих расчетов и сделанные на их основе выводы и будут представлены в докладе.

Ссылки по теме работы:

1. Semenyuk, P. I.; Muronetz, V. I.; Haertlé, T.; Izumrudov, V. A. Effect of Poly(phosphate) Anions on Glyceraldehyde-3-Phosphate Dehydrogenase Structure and Thermal Aggregation: Comparison with Influence of Poly(sulfoanions). Biochim. Biophys. Acta 2013, 1830 (10), 4800–4805.
2. Semenyuk, P. I.; Moiseeva, E. V.; Stroylova, Y. Y.; Lotti, M.; Izumrudov, V. A.; Muronetz, V. I. Sulfated and Sulfonated Polymers Are Able to Solubilize Efficiently the Protein Aggregates of Different Nature. Archives of Biochemistry and Biophysics 2015, 567, 22–29.
3. Semenyuk, P.; Orlov, V.; Muronetz, V.; Izumrudov, V. Two-Stage Binding of a Protein to the Polyanion: Non-Denaturing Interaction Followed by Denaturation. Polymer 2015, 65, 210–214.

2. 17:15-18:00

Епихин А.С., ассистент
Голубев А.Г., старший преподаватель
Луценко А.Ю., к.т.н., доцент
Калугин В.Т., д.т.н., профессор
Коцур О.C., ассистент
Марчевский И.К., к.ф.-м.н., доцент
Мичкин А.А., ассистент
Назарова Д.К., аспирант, ассистент
Щеглов Г.А., д.т.н., доцент
МГТУ им. Н.Э. Баумана

Управление процессами обтекания летательных аппаратов и их отдельных элементов

В рамках проекта рассматриваются актуальные и практически важные задачи ракетно-космической и авиационной промышленности. Проведены численные исследования бафтинговых явлений в задачах трехмерного обтекания летательных аппаратов с тормозным щитком, вращающихся летательных аппаратов в условиях дозвукового отрывного течения, процессов разделения возвращаемого аппарата и блока аварийного спасения при транс- и сверхзвуковых скоростях движения, сверхзвукового обтекания типовой створки головного обтекателя ракеты-носителя, исследования колебаний элементов конструкций аэрокосмических систем вихревыми методами. Для решения большинства задач используется свободно распространяемый пакет с открытым исходным кодом OpenFoam. Исследуются различные подходы к моделированию, численные схемы решений, модели турбулентности, их применимость. Результаты расчетов верифицируются с экспериментальными данными, полученными в МГТУ им. Н.Э. Баумана и на предприятиях ракетно-космической и авиационной промышленности.

Ссылки по теме работы:

1. Мичкин А.А. Математическое моделирование дозвукового обтекания вращающихся летательных аппаратов малого удлинения в пакете OpenFoam / Труды XXXIX Академических чтений по космонавтике. М.: Комиссия РАН по разработке научного наследия пионеров освоения космического пространства, 27-30 января 2015. (http://www.korolevspace.ru/sites/default/files/uploads/338-339_Michkin%20A.A..pdf )
2. Калугин В.Т., Епихин А.С. Численное моделирование нестационарных отрывных течений при обтекании стабилизирующих и управляющих устройств / Труды XXXIX Академических чтений по космонавтике. М.: Комиссия РАН по разработке научного наследия пионеров освоения космического пространства, 27-30 января 2015. (http://www.korolevspace.ru/sites/default/files/uploads/337-338_Kalugin%20V.T..pdf)
3. Епихин А.С. Реализация гибридного метода расчета нестационарных вихревых течений с использованием открытого пакета OpenFOAM / Облачные вычисления. Образование. Исследование. Разработка, Москва, РАН, 4-5 декабря 2015г.
4. Луценко А.Ю., Назарова Д.К. Анализ результатов численного моделирования обтекания тонкой оболочки при сверхзвуковых скоростях набегающего потока / Актуальные проблемы российской космонавтики: Труды XL Академических чтений по космонавтике. М.: Комиссия РАН по разработке научного наследия пионеров освоения космического пространства, 26-29 января 2016.
5. Дергачев С.А., Щеглов Г.А. Моделирование обтекания тел методом вихревых элементов с использованием замкнутых вихревых петель / Научный вестник МГТУ ГА. – 2016. – №223(1). – С. 19-27. (http://www.mstuca.ru/upload/Blinfd223.pdf)
6. Епихин А.С., Калугин В.Т., Чернуха П.А. Исследование влияния перфорации для снижения пульсационных нагрузок, действующих на аэродинамические управляющие поверхности / Научный вестник МГТУ ГА. – 2016. – №223(1). – С. 51-56. (http://www.mstuca.ru/upload/Blinfd223.pdf)
7. Дядькин А.А., Луценко А.Ю., Назарова Д.К. Математическое моделирование обтекания тонкостенных конструкций в до- и трансзвуковом диапазоне скоростей // Научный вестник Московского государственного технического университета гражданской авиации. – 2016. – №223(1). – С. 45-50 (http://www.mstuca.ru/upload/Blinfd223.pdf )
8. Епихин А.С., Калугин В.Т. Реализация гибридной методики расчета обтекания маневренного летательного аппарата с использованием открытого пакета OpenFoam // Научный вестник Московского государственного технического университета гражданской авиации. – 2016. – № 4. – С. 131-139 (http://www.mstuca.ru/upload/Blinfd226.pdf )
9. Дергачев С.А., Щеглов Г.А. Моделирование эволюции переплетенных вихревых нитей методом вихревых элементов// Научный вестник МГТУ ГА. – 2015. - №212(2). – С.18-25. (http://www.mstuca.ru/upload/Binder212.pdf )
10. G.A. Shcheglov, S.A. Dergachev The vortex loops based algorithm for 3d flow simulation around bluff bodies // 7th International conference on vortex flow and vortex Methods ICVFM2016: Book of proceedings. – Rostock, Germany, 2016. – P. 1-6. (http://www.icvfvm2016.uni-rostock.de/program/ )
11. Дергачев С.А., Щеглов Г.А. Вычисление нагрузок на летательный аппарат методом вихревых элементов c замкнутыми вихревыми петлями //Материалы XIII Всероссийской научно-технической конференции «Научные чтения по авиации, посвященные памяти Н.Е. Жуковского». Сб. докладов. – М.: Издательский дом Академии имени Н.Е. Жуковского, 2016. – С.120-123.
12. Дергачев С.А., Щеглов Г.А. О применении замкнутых вихревых петель в методе вихревых элементов // Материалы XXVI Научно-технической конференции по аэродинамике, М.: ЦАГИ, 2015 С.106-107.

7 ноября 2016 г., 16:30

1. 16:30-17:15

Шленов С.А., доцент
Дергачев А.А., к.ф.-м.н., инженер
Кандидов В.П., профессор

Физический факультет МГУ им. М.В.Ломоносова
Международный учебно-научный лазерный центр МГУ им. М.В.Ломоносова

Филаментация фемтосекундного лазерного излучения и ее численное моделирование на высокопроизводительных вычислительных системах

В докладе рассмотрено относительно новое явлении нелинейной оптики – самоканалирование (филаментация) ультракоротких лазерных импульсов при их распространении в прозрачных средах. Будет дана физическая картина явления и показана его связь с фундаментальными представлениями нелинейной оптики. Уникальные параметры лазерного излучения в условиях филаментации и его свойство модифицировать среду, в которой распространяется импульс, обеспечивают выход на целый ряд прикладных задач, краткий обзор которых также будет дан.

В настоящее время достаточно хорошо развиты математические модели, описывающие распространение и самовоздействие фемтосекундных лазерных импульсов. Они основываются на нелинейном волновом уравнении, которое следует из уравнений Максвелла для светового поля в прозрачном диэлектрике. При этом во многих случаях для проведения вычислительных экспериментов достаточно ограничиться приближением квазиоптики, в рамках которого осуществляется численное решение самосогласованной системы нелинейных уравнений для огибающей волнового пакета и концентрации электронов лазерной плазмы.

При численном моделировании филаментации основная трудность связана с многомасштабностью задачи, которая обуславливает потребность в серьезных вычислительных ресурсах как с точки зрения памяти, так и быстродействия. В докладе обсуждаются различные схемы распараллеливания задачи, которые были разработаны и применялись авторами при выполнении расчетов на вычислительных кластерах Чебышев и Ломоносов.

В заключительной части доклада приводятся примеры численного решения задач о филаментации лазерного излучения в воздухе и твердых телах (плавленом кварце). Результаты сравниваются с данными лабораторных экспериментов, выполненных нашими коллегами в Физическом институте им. П.Н. Лебедева.

Ссылка на публикацию: http://istina.msu.ru/media/publications/article/275/604/1314129/BOOK.pdf

2. 17:15-18:00

Егорова М.С., м.н.с.
Дьячков С.А., н.с.
Мурзов С.А., м.н.с.
Паршиков А.Н., д.ф.-м.н., в.н.с.
Жаховский В.В., к.ф.-м.н., в.н.с.

Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им. Н.Л.Духова
Московский физико-технический институт (государственный университет)

Метод сглаженных частиц с использованием решения задачи Римана на межчастичных контактах (CSPH) для гидродинамического моделирования веществ в экстремальных состояниях

Использование бессеточного лагранжевого метода гидродинамики сглаженных частиц (SPH) является оптимальным способом моделирования гидродинамических задач, где происходит образование кумулятивных струй, капель, пузырей, вращательных и сдвиговых течений сжимаемых сред, так как методы частиц не требуют отслеживания контактных поверхностей и свободных границ. Использование формулировки SPH с решением задачи Римана (CSPH, контактный SPH) расширяет возможности стандартного метода SPH, позволяя корректно воспроизводить эффекты сжатия-растяжения частиц. Простота формулировки метода способствует прозрачной программной реализации, а ограниченная область межчастичного взаимодействия идеально подходит для эффективной параллелизации кода с декомпозицией по пространству.

Наша группа разработала высокоэффективный параллельный программный комплекс CSPH-VD3, с помощью которого становится возможным получить решение многих фундаментальных и прикладных задач гидродинамики сплошных сред со свободными границами и разрывами сплошности, а также движения веществ с высокой плотностью энергии. Предлагается обзор наших недавних расчетов, среди которых взрыв проволочек, процесс пыления металлов под действием ударных волн, разрушение керамик при ударном сжатии, прохождение ударной волны через слой сферических частиц.

Программный комплекс CSPH-VD^3 с автоматической балансировкой вычислительной нагрузки для параллельного моделирования методом сглаженных частиц

Методы частиц с близким взаимодействием широко применяются для моделирования материалов. К ним относятся, в частности, метод молекулярной динамики и бессеточный лагранжевый метод сглаженных частиц в гидродинамике (SPH). Эти подходы позволяют эффективно решать задачи со сложной границей и сильно неравномерным распределением плотности, которые изменятся со временем. Однако, применение для этих задач известных алгоритмов параллелизации, основанных на статической декомпозиции расчетной области, приводят к плохой балансировке вычислительных ресурсов, так как не учитывают пространственное перераспределение вещества. Для решения этой проблемы мы разработали высокоэффективный программный комплекс CSPH-VD3 (Voronoi dynamical domain decomposition), используя динамическую декомпозицию моделируемых образцов между вычислительными процессами с помощью ячеек Вороного.

Предлагаемый алгоритм определяет разбиение моделируемого образца на ячейки Вороного, каждая из которых обрабатывается соответствующим вычислительным элементом (CU – computational unit). В ходе моделирования для каждой CU нагрузка измеряется как отношение времени непосредственного расчета взаимодействия между частицами к полному времени работы на шаг интегрирования (включая время на коммуникации между CU). Алгоритм задает движение центров ячеек Вороного соответствующих менее загруженным CU в сторону более загруженных, что приводит к перераспределению частиц между ними и выравниванию нагрузки. Таким образом, уменьшается время ожидания межпроцессорных коммуникаций, и, в итоге, уменьшается время всего моделирования.

На примере течения вещества с сильными изменениями формы и пространственными неоднородностями плотности продемонстрирована гораздо более высокая эффективность использования ресурсов по сравнению со статической декомпозицией. Мы также приводим тесты, показывающие сходимость алгоритма VD^3 для систем с начальным дисбалансом с количеством частиц до 10^8, распределенными между 10^3 CU, а также практически идеальное сильное масштабирование.

24 октября 2016 г., 16:30

1. 16:30-17:15

Сабитов И.Х., д.ф.-м.н., профессор, Механико-математический ф-т МГУ им. М.В. Ломоносова
Михалев С.Н., к.ф.-м.н., доцент, Механико-математический ф-т МГУ им. М.В. Ломоносова
Сабитов Д.И., к.ф.-м.н., с.н.с., Сколковский институт науки и технологий

Решение многогранников

Задачи вычисления площадей многоугольников и объемов многогранников – это классические задачи геометрии, восходящие еще к античным временам. Среди различных формул для площади многоугольников выделяется формула Герона (I век н.э.), по которой площадь треугольника вычисляется через длины его сторон. Для тетраэдра Эйлер в 1752 г. нашел аналог формулы Герона – он получил формулу объема тетраэдра через длины его ребер. Формула Герона для треугольника не обобщается уже на площадь 4-х угольника, но в 1996 г первым автором было установлено, что формулу Эйлера можно обобщить на объемы многогранников любого комбинаторного строения в виде следующей теоремы:

Объем V любого симплициального (т.е. с треугольными гранями) многогранника является корнем некоторого многочлена Q(V), коэффициенты которого в свою очередь являются многочленами от квадратов длин ребер многогранника с целочисленными коэффициентами, зависящими только от комбинаторного строения многогранника.

Доказательство теоремы конструктивное, причем отметим, что многочлен можно найти даже не имея многогранника, а лишь на основании знания его развертки. Но получаемый при этом многочлен чрезвычайно громоздкий, например, его полиномиальные коэффициенты от длин ребер при степенях V даже в случае октаэдра (многогранник с 6 вершинами) содержат много сотен миллионов мономов, и их вычисление на персональных компьютерах представляется безнадежным делом.

В докладе мы рассмотрим некоторые подходы к распараллеливанию решения задачи о нахождении в явном виде многочлена объема для октаэдра, реализованные на «Ломоносове» в рамках нашего проекта. Формулируются также задачи теории решения многогранников, использующие знание полного многочлена для октаэдра.

1. Сабитов И.Х. Объемы многогранников // М.: Изд-во МЦНМО, 2009, 32 с.
2. Сабитов И.Х. Алгебраические методы решения многогранников // УМН (2011), 66:3, с. 3-66.
3. Галиулин Р.В., Михалев С.Н., Сабитов И.Х. Некоторые приложения формулы для объема октаэдра. // Мат. заметки (2004), - 35:2.- с.199-210.

2. 17:15-18:00

Ольховская О.Г., к.ф.-м.н., с.н.с., ИПМ им. М. В. Келдыша РАН

Моделирование на суперкомпьютерах высокотемпературной импульсной плазмы

Управляемый термоядерный синтез и плазменные технологии, физические процессы в космосе и источники мощных ионизирующих излучений – эти и многие другие разделы физики и техники развиваются на основе исследований импульсной плазмы с высокой плотностью энергии. Для сопровождения экспериментов с плазмой, обладающей экстремально высокими значениями температуры или плотности (оптимизация, прогноз, анализ данных) необходимо создавать коды, ориентированные на высокопроизводительные вычисления.

Проект разработки такого исследовательского кода MARPLE стартовал около десяти лет назад в ИММ РАН и в настоящее время продолжается в ИПМ им. М. В. Келдыша РАН. Основу кода составляет модель динамики плазмы как диссипативной среды, в которой существенны процессы теплопроводности, обмена энергией между компонентами и лучистый энергоперенос. Вычислительное ядро кода, а также средства пред- и постобработки данных работают в общей вычислительной среде с развитой инфраструктурой и адаптированной к параллельным вычислениям унифицированной системой данных, аналогичной применяемым в индустриальных конечно-элементных кодах. При создании кода используется объектно-ориентированный подход к проектированию ПО, приемы объектного и обобщенного программирования (язык реализации С++). Код используется для решения задач импульсной энергетики и в ряде смежных областей.

10 октября 2016 г., 16:30

1. 16:30-17:15

Пантелеев М.А., Лущекина С.В., Нечипуренко Д.Ю., Беляев А.В., Свешникова А.Н., Атауллаханов Ф.И.

МГУ им. М.В. Ломоносова
ЦТП ФХФ РАН
ФНКЦ ДГОИ им. Рогачева
МФТИ
ИБХФ им. Эмануэля РАН

Гемостаз и тромбоз: молекулярные механизмы, диагностика, разработка инновационных препаратов

Компьютерное моделирование играет важнейшую роль в современных исследованиях и разработках, связанных с образованием тромбов, — внутрисосудистых сгустков фибрина и клеточных агрегатов, являющихся ведущей прициной смертности и инвалидности [1]. В работе нашего коллектива есть три типа компьютерных задач, для решения которых требуются высокопроизводительные вычисления: а) молекулярная динамика и докинг белков свертывания с целью разработки новых препаратов [2-3], б) трехмерное моделирование формирования артериальных тромбов [4], в) стохастическая внутриклеточная сигнализация в тромбоцитах [5]. Мы рассмотрим здесь биологические и медицинские проблемы, которые приводят к этим направлениям, физические постановки задач, пути к их компьютерной реализации и полученные в ряде случаев результаты.

Ссылки по теме работы:

1. Shibeko AM, Panteleev MA. Untangling the complexity of blood coagulation network: use of computational modelling in pharmacology and diagnostics. Brief Bioinform. 2016 May;17(3):429-39.
2. Kolyadko VN, Lushchekina SV, Vuimo TA, Surov SS, Ovsepyan RA, Korneeva VA, Vorobiev II, Orlova NA, Minakhin L, Kuznedelov K, Severinov KV, Ataullakhanov FI, Panteleev MA. New Infestin-4 Mutants with Increased Selectivity against Factor XIIa. PLoS One. 2015 Dec 15;10(12):e0144940.
3. Korneeva VA, Trubetskov MM, Korshunova AV, Lushchekina SV, Kolyadko VN, Sergienko OV, Lunin VG, Panteleev MA, Ataullakhanov FI. Interactions outside the proteinase-binding loop contribute significantly to the inhibition of activated coagulation factor XII by its canonical inhibitor from corn. J Biol Chem. 2014 May 16;289(20):14109-20.
4. Belyaev AV, Panteleev MA, Ataullakhanov FI. Threshold of microvascular occlusion: injury size defines the thrombosis scenario. Biophys J. 2015 Jul 21;109(2):450-6.
5. Sveshnikova AN, Ataullakhanov FI, Panteleev MA. Compartmentalized calcium signaling triggers subpopulation formation upon platelet activation through PAR1. Mol Biosyst. 2015 Apr;11(4):1052-60.

2. 17:15-18:00

Чашечкин Ю.Д., д.ф.-м.н., профессор, и.о. зав. лабораторией, ИПМех РАН

Согласованное лабораторное и математическое моделирование течений

Развитие вычислительной техники привнесло качественные изменения в технику регистрации природных процессов (даны примеры), методики лабораторного моделирования на стендах Комплекса Уникальных исследовательских установок "ГФК ИПМех РАН", обработки и представления данных. Основой согласованного математического и физического моделирования течений служит фундаментальная система уравнений механики жидкостей с уравнениями состояния для плотности и внутренней энергии с физически обоснованными начальными и граничными (прилипания, непротекания) условиями [1], адекватная базовым принципам физики по данным теоретико-группового анализа [2]. Изучается динамика стратифицированных (сильно и слабо), а также потенциально и актуально однородных сред.

Классификация компонент периодических течений проведена методами теории сингулярных возмущений с учетом условия совместности линеаризованных систем [3]. Собственные масштабы определяют пространственно-временное разрешение и размеры областей расчета/наблюдения. С экспериментом сравниваются расчеты на ПК и вычислительных комплексах МСЦ РАН и НИВЦ МГУ им. М.В. Ломоносова. Анализ картин градиентных (конвективных) течений [4], обтекания препятствий в диапазоне чисел Рейнольдса от 1 до 80000 [5], обосновывает привлечение супервычислителей для расчета даже медленных течений. Совершенствование техники программирования практически уравнивает возможности математического и лабораторного моделирования. Проблемой остается отсутствие общего базиса теоретических и экспериментальных исследований (на практике используются редуцированные и конститутивные модели), а также критериев оценки полноты моделей.

Обсуждаются перспективы развития теории течений с учетом медленных и ранее не изученных быстрых процессов обмена энергией, правила переноса результатов моделирования на природные системы.

Ссылки по теме работы:

1. Chashechkin Yu. D. Differential fluid mechanics – harmonization of analytical, numerical and laboratory models of flows // Mathematical Modeling and Optimization of Complex Structures. Springer Series “Computational Methods in Applied Sciences” 2016. V. 40. 328 p. – P. 61-91.
2. Байдулов В.Г., Чашечкин Ю.Д. Сравнительный анализ симметрий моделей механики неоднородных жидкостей // Доклады АН. 2012. Т. 444. № 1. С. 38–41.
3. Чашечкин Ю.Д., Кистович А.В. Классификация трехмерных периодических течений в жидкости // Доклады АН. 2004. Т. 395. No. 1. С. 55-58.
4. Sabbah C., Pasquetti R., Peyret R., Levitsky V., Chashechkin Y.D. Numerical and laboratory experiments of sidewall heating thermohaline convection // Int. J. Heat & Mass Transfer. 2001. V. 44. No. 14. 2681-2697.
5. Загуменный Я.В., Чашечкин Ю.Д. Нестационарная вихревая картина обтекания пластины с нулевым углом атаки (двумерная задача) // Изв. РАН. Механика жидкости и газа. 2016. № 3. C. 48–65.

30 мая 2016 г., 16:30

1. 16:30-17:15

Илюшин Я.А., к.ф.-м.н., доцент, Физический факультет МГУ им. М.В. Ломоносова

Прикладные электродинамические расчеты на параллельных вычислительных кластерах Чебышев и Ломоносов

В докладе представлены результаты исследований распространения электромагнитного излучения в неоднородных и случайных средах, проведенных в течение 2002-2016 с использованием суперкомпьютерных вычислительных систем НИВЦ МГУ Чебышев и Ломоносов. Представлены результаты исследований по целому ряду направлений, включая теорию переноса излучения в рассеивающих средах, дистанционное зондирование вертикальных профилей атмосферы и ионосферы Земли и планет радиозатменным методом, глубинную радиолокацию небесных тел с орбитальных и спускаемых космических аппаратов, технику оптической микроскопии изделий промышленных нанотехнологий, моделирование оптических свойств наноструктурированных материалов.

Ссылки по теме работы:

1. Ya.A. Ilyushin Fluctuations of the GPS signals on the tangential paths in the lower terrestrial atmosphere: influence of the small-scale structure. Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics 70 (2008) 1863-1869. doi:10.1016/j.jastp.2008.05.020
2. Ya.A. Ilyushin Impact of the plasma fluctuations in the Martian ionosphere on the performance of the synthetic aperture ground-penetrating radar. Planetary and Space Science, V.57 (2009) pp.1458-1466. http://dx.doi.org/10.1016/j.pss.2009.07.005
3. Ya. A. Ilyushin Subsurface radar location of the putative ocean on Ganymede: Numerical simulation of the surface terrain impact. Planetary and Space Science V.92 (2014) pp.121–126. http://dx.doi.org/10.1016/j.pss.2014.01.019
4. Ya. A. Ilyushin Coherent backscattering enhancement in medium with variable refractive index Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer Volume 117, March 2013, Pages 133-139.
5. Levin, G.G., Vishnyakov, G.N., Ilyushin, Ya.A. Synthesis of three-dimensional phase images of nanoobjects: Numerical simulation (2013) Optics and Spectroscopy (English translation of Optika i Spektroskopiya), 115 (6), pp. 938-946.

2. 17:15-18:00

Бахтин В.А., к.ф.-м.н., зав. сектором
Крюков В.А., д.ф.-м.н., зав. отделом
Притула М.Н., к.ф.-м.н., с.н.с.
Поддерюгина Н.В., к.ф.-м.н., с.н.с.
Колганов А.С., м.н.с.
ИПМ им. М.В. Келдыша РАН

Автоматизация разработки параллельных программ для гетерогенных вычислительных кластеров

DVM-система, созданная в ИПМ им. М.В.Келдыша РАН при активном участии аспирантов и студентов факультета ВМК МГУ им. М.В.Ломоносова, предназначена для разработки параллельных программ научно-технических расчетов на языках C-DVMH и Fortran-DVMH. Эти языки используют единую модель параллельного программирования (DVMH-модель) и являются расширением стандартных языков Си и Фортран спецификациями параллелизма, оформленными в виде директив компилятору. Поскольку директивы невидимы для стандартных компиляторов, программист может иметь одну программу и для последовательного, и для параллельного выполнения на ЭВМ разной архитектуры.

DVMH-модель позволяет создавать эффективные параллельные программы для гетерогенных вычислительных кластеров, в узлах которых в качестве вычислительных устройств наряду с универсальными многоядерными процессорами могут использоваться ускорители (графические процессоры или сопроцессоры Intel Xeon Phi). При этом отображенные на узел вычисления могут автоматически распределяться между вычислительными устройствами узла с учетом их производительности.

В докладе будут рассмотрены возможности DVM-системы, которые были реализованы в последнее время:

Ссылка на сайт: http://dvm-system.org/

16 мая 2016 г., 16:30

1. 16:30-17:15

Лихачев И.В., к.ф.-м.н., научный сотрудник, ИМПБ РАН - филиал ИПМ им. М.В. Келдыша РАН

Использование графических процессоров для повышения быстродействия расчетов молекулярной динамики

Метод моделирования молекулярной динамики широко применяется в научных исследованиях. Одним из основных ресурсов программы моделирования молекулярной динамики является время выполнения. Чем выше скорость работы программ, тем легче становится получить более точные результаты. В длительном эксперименте возможен сбор более точной статистики. Также становится возможным работать с более объемными моделями, содержащими сотни тысяч атомов.

Как правило, программы моделирования молекулярной динамики рассчитаны на суперкомпьютерные комплексы. Особое внимание уделяется разработке программ, использующие графические ускорители в качестве математических сопроцессоров.

Процесс моделирования заключается в интегрировании классических уравнений движения материальных частиц – атомов системы. Последние связаны между собой силами валентных и невалентных взаимодействий. Сложность вычисления невалентных взаимодействий в общем случае пропорциональна квадрату числа атомов в системе и занимает большую часть (>95-99%) машинного времени.

Для повышения скорости моделирования используются методы снижения вычислительной сложности расчета сил и энергий невалентных взаимодействий. Наиболее известные из них – алгоритм составления списков взаимодействующих атомов (метод Верле) и алгоритм сканирования по пространству. Оба метода основаны на том, что атомы взаимодействуют лишь с некоторым окружением, ограниченным радиусом взаимодействия (радиус обрезания).

Метод сканирования по пространству зарекомендовал себя как наиболее эффективный метод оптимизации вычислений благодаря малым накладным расходам и возможности быстрого перестроения вспомогательных структур. В методе Верле значимая часть машинного времени тратится на построение самих списков взаимодействующих атомов.

При реализации программы моделирования молекулярной динамики в гетерогенной вычислительной среде (1CPU-2GPU) метод сканирования по пространству оказался неэффективным ввиду медленного исполнения ветвлений графическими процессорами. Метод списков Верле, напротив, показал свою эффективность в исполнительной части. Однако перестроение самих списков отнимало значимую часть машинного времени.

Проведено улучшение метода составления списков взаимодействующих атомов за счет составления самих списков с использованием метода сканирования по пространству. Разработанное программное обеспечение использовалось для моделирования белка клеточной адгезии C-Cdherin (20355 атомов).

Работа выполнена с использованием ресурсов суперкомпьютерного комплекса Института физики высоких энергий и суперкомпьютерного комплекса МГУ имени М.В. Ломоносова.

Ссылки по теме работы:

1. Lemak A.S., Balabaev N.K. Molecular dynamics simulation of a polymer chain in solution by collisional dynamics method. J Comp Chem. 1996. No 17. P. 1685-95.
2. Lemak A.S., Balabaev N.K. A comparison between collisional dynamics and Brownian dynamics. Mol Simul. 1995. No15. P. 223-31.
3. Glyakina A.V., Likhachev I.V., Balabaev N.K., Galzitskaya O.V. Right- and left-handed three-helix proteins. II. Similarity and differences in mechanical unfolding of proteins. Proteins. 2014 Jan;82(1):90-102. doi: 10.1002/prot.24373. Epub 2013 Sep 10.
4. Glyakina A.V., Likhachev I.V., Balabaev N.K., Galzitskaya O.V. Mechanical stability analysis of the protein L immunoglobulin-binding domain by full alanine screening using molecular dynamics simulations. Biotechnol J. 2015 Mar;10(3):386-94. doi: 10.1002/biot.201400231. Epub 2015 Jan 16.
5. Likhachev I.V., Balabaev N.K., Galzitskaya O.V. Available Instruments for Analyzing Molecular Dynamics Trajectories. The Open Biochemistry Journal, 2016, 10: 1-11.

2. 17:15-18:00

Гайнуллин И.К., доцент, Физический факультет МГУ им. М.В. Ломоносова

Трехмерное моделирование электронных процессов в наносистемах

Разработан параллельный программный код для решения трехмерного (одноэлектронного) нестационарного уравнения Шредингера. Программный код базируется на методе конечных разностей и использует явную численную схему. Простота используемой численной схемы обеспечивает эффективное распараллеливание и высокую производительность программного кода при работе на графических вычислителях. Например, расчет 10^6 шагов по времени на сетке 1000-1000-1000 (10^9 точек) занимает всего 16 часов на 16 вычислителях Tesla M2090 суперкомпьютера Ломоносов. Программный код демонстрирует масштабируемость (эффективность распараллеливания) близкую к 100%. Сравнение с другими программами для решения подобных задач показывает, что производительность разработанного программного кода в 3 раза превосходит существующие аналоги при решении задач одинаковой сложности и эквивалентной стоимости вычислительных ресурсов. Использование неравномерной вычислительной сетки или криволинейных координат увеличивает указанный выигрыш в производительности на порядок. Разработанный программный код был применен для моделирования резонансного электронного туннелирования в наносистемах, включая такие физические задачи как захват электрона при столкновении протона с атомом водорода и электронное туннелирование между ионом H- и металлической островковой пленкой.

18 апреля 2016 г., 16:30

1. 16:30-17:15

Рыбаков А.А., к.ф.-м.н., научный сотрудник
Ларин А.В., к.х.н., ведущий научный сотрудник
Химический факультет МГУ им. М.В. Ломоносова

Изучение химических реакций в рамках DFT с помощью моделей с периодическими граничными условиями

В докладе будут приведены результаты применения пакета VASP для моделирования химических реакций. В качестве примеров выбраны реакции окисления СО, переноса протона, атаки метанола по карбонат-аниону в катионных формах цеолитов X, PHI, MOR, реакция переноса атома кислорода в оксидной плёнке SiO2/Si(110). В докладе будут представлены:

Ссылки по теме работы:

1. Rybakov AA, Larin A V., Zhidomirov GM, et al. (2011) DFT investigation of CO oxidation over Mg exchanged periodic zeolite models. Comput Theor Chem 964:108–115.
2. Larin A V., Rybakov AA, Zhidomirov GM (2012) Role of distant Al atoms in alkaline earth zeolites for stabilization of hydroxyl groups. J Phys Chem C 116:2399–2410.
3. Rybakov AA, Larin AV, Zhidomirov GM (2012) Computational Differentiation of Brønsted Acidity Induced by Alkaline Earth or Rare Earth Cations in Zeolites. Inorg Chem 51:12165–12175.
4. Rybakov AA, Larin AV, Zhidomirov GM (2014) Influence of alkali cations on the inter-conversion of extra-framework aluminium species in dealuminated zeolites. Microporous Mesoporous Mater 189:173–180.
5. Rybakov AA, Bryukhanov IA, Larin A V, Zhidomirov GM (2015) Carbonates in zeolites: Formation, properties, reactivity. Int J Quantum Chem 115:1709–1717.

2. 17:15-18:00

Пищальников Р.Ю., к.ф.-м.н., старший научный сотрудник
Институт Общей Физики им. А.М. Прохорова РАН

Применение методов дифференциальной эволюции для моделирования миграции энергии и переноса зарядов в пигмент-белковых комплексах

Методы многопараметрической математической оптимизации [1] использовались для моделирования нелинейного оптического отклика, измеренного в экспериментах накачки-зондирования (pump-probe), на образцах реакционного центра фотосистемы 2 высших растений [2]; а также для описания модуляций эволюции состояний с разделёнными зарядами в реакционных центрах пурпурных бактерий [3-5].

Экспериментальные данные могут содержать до десятков тысяч точек во временном диапазоне и до сотни – в частотном. Принимая во внимание сложность светособирающих пигмент-белковых комплексов с точки зрения теоретического расчета нелинейного оптического отклика, простой подбор параметров обычно малоэффективен, так как почти невозможно убедиться в единственности найденного решения. Метод дифференциальной эволюции [1] позволяет вести поиск на бесконечном пространстве возможных решений. Выбор и настройка алгоритма вычисления дочерних наборов параметров может существенно ускорить поиск необходимого решения. Предварительное тестирование на модельных экспериментальных данных доказало высокую эффективность использования данного типа оптимизаций для решения задач нелинейной оптики. Вычислительные программы были успешно распараллелены и адаптированы для работы на суперкомпьютерах.

Ссылки по теме работы:

1. Storn R. and Price K. / Journal of Global Optimization, 1997, 11, 341-359
2. Pishchainikov R. Y., Muller Marc G., and Holzwarth Alfred G. / PHOTOSYNTHESIS. ENERGY FROM THE SUN: 14th International Congress on Photosynthesis 2007, Allen John F., Gantt Elisabeth, Golbeck John H., and Osmond Barry, eds. 2008, 163-166
3. R.Y. Pishchalnikov, S.M. Pershin, A.F. Bunkin, “Quantum differencies of ortho/para H2O spin-isomers as a factor of the femtosecond charge separation kinetics modulation in the reaction center of purple bacteria”, Biophysics, 57(6), 779-785, (2012)
4. S.M. Pershin and R.Y. Pishchalnikov., “Spectroscopic evidence for the effect of the ortho H2O spin on the electron transfer in photosynthesis”, Physics of Wave Phenomena 20(1), 35-44 (2012).
5. R.Y. Pishchalnikov, S.M. Pershin, and A.F. Bunkin., “H2O and D2O spin-isomers as a mediator of the electron transfer in the reaction center of purple bacteria”, Physics of Wave Phenomena 20(3), 184-192 (2012).
6. R.Y. Pishchalnikov, A.P. Razjivin, «From Localized Excited States to Excitons: Changing of Conceptions of Primary Photosynthetic Processes in the Twentieth Century», Biochemistry (Moscow), 79(3), 242-250, (2014)

4 апреля 2016 г., 16:30

1. 16:30-17:15

Смирнов А.В., д.ф.-м.н., в.н.с., НИВЦ МГУ
Смирнов В.А., д.ф.-м.н., зав.лаб., НИИЯФ

Вычисление многопетлевых фейнмановских интегралов на суперкомпьютере "Ломоносов"

Многопетлевые фейнмановские интегралы представляют собой фундаментальные объекты, возникающие при вычислении амплитуд взаимодействия элементарных частиц в рамках теории возмущений. Для их вычисления применяются разнообразные аналитические и численные методы. Если не удаётся вычислить фейнмановские интегралы аналитическими методами, применяются численные методы, один из которых основан не так называемом секторном разложении в параметрических интегралах. В рамках этого метода проводится разрешение сингулярностей в параметрических интегралах, после которого становится возможным применять численное интегрирование. Представлена публичная компьютерная программа "Фиеста", развитая одним из соавторов (А.С.) и широко применяемая в расчётах в физике элементарных частиц и квантовой теории поля. Для вычисления фейнмановских интегралов с высокой точностью численное интегрирование параллелизуется и проводится на суперкомпьютерах (в том числе, с использованием GPU).

2. 17:15-18:00

Алексюк А.И., к.ф.-м.н., ассистент
Шкадов В.Я., д.ф.-м.н., профессор
Механико-математический факультет МГУ им. М.В. Ломоносова

Развитие трехмерных отрывных течений вязкого газа в следе за обтекаемым телом

Изучаются процессы развития и перехода к турбулентности трехмерного вихревого следа, а также влияние на них внешних воздействий или усложненных условий. Удобным обтекаемым телом для исследования этой задачи является круговой цилиндр, для которого до перехода к хаотическому течению в следе (приблизительно при числе Рейнольдса Re=300) экспериментально отчетливо наблюдается несколько этапов потери устойчивости ламинарного течения: переход к периодическому двумерному течению (при Re~47), появление трехмерных структур крупного масштаба (около 4 диаметров цилиндра при Re~190), появление трехмерных структур мелкого масштаба (около 1 диаметра цилиндра при Re~260). В докладе приводятся результаты изучения влияния длины цилиндра и числа Re на структуру трехмерного течения и проводится сопоставление c результатами, полученными по теории устойчивости периодических течений Флоке; эволюции двумерного вихревого следа в областях большой протяженности (на расстояниях до 1000 характерных размеров тела вниз по потоку); влияния сжимаемости потока и наличия второго тела на течение в следе. Моделирование трёхмерных нестационарных течений сжимаемых вязких газов проводилось на основе численного решения полных уравнений Навье-Стокса. Начально-краевые задачи решались методом стабилизированных конечных элементов на неструктурированных тетраэдральных сетках.

21 марта 2016 г., 16:30

Награждение победителей и лауреатов конкурса проектов пользователей Суперкомпьютерного центра МГУ, использовавших в 2015 году ресурсы графических ускорителей суперкомпьютеров "Ломоносов" и "Ломоносов-2" (http://ccoe.msu.ru/ru/node/80)

Победители конкурса выступят с докладами:

Поиск путей регуляции функциональных свойств ферментов под действием низкомолекулярных лигандов осложнен наличием большого числа (десятков и даже сотен) потенциальных участков связывания малых молекул. Необходимо выбрать наиболее важные участки в структуре белков и понять механизм их действия. Для этой цели разработаны алгоритмы и программы компьютерной биологии, позволяющие сравнивать различные центры в суперсемействах белков с использованием высокопроизводительных вычислений и разработать пути избирательной регуляции конкретных ферментов.

Ссылки по теме работы:

В работе проводится изучение атомно-молекулярных процессов в фоторецепторных и флуоресцентных белках с применением современных методов молекулярного моделирования. Среди применяемых подходов методы квантовой химии, комбинированные методы квантовой механики/молекулярной механики и метод молекулярной динамики, как с классическими силовыми полями, так и с комбинированными квантовыми и классическими потенциалами. В докладе будут рассмотрены результаты исследования сенсора на протеазу, работающего на основе резонансно-индуктивного переноса энергии между флуоресцентным белком и хромопротеином.

В работе рассматриваются процессы рассеяния заряженных частиц в сильных неоднородностях магнитного поля магнитосферы Земли. Исследуемое рассеяние происходит в связи нарушения адиабатичности движения в полях с сильной кривизной магнитных линий. Рассматриваемая степень кривизны магнитного поля достаточна для нарушения адиабатичности движения, но еще мала для возникновения полностью хаотического движения. При таких параметрах задача не имеет известного аналитического решения, и поэтому исследуется численными методами. Задача имеет высокую степень параллелизма, поскольку исследуемые процессы являются бесстолкновительными. Применение распараллеливания задачи на GPU позволило значительно ускорить вычисления. Это позволило просчитать широкий диапазон параметров задачи и получить новые, актуальные результаты в ранее малоисследованном диапазоне параметров магнитного поля. Полученные результаты хорошо дополняют существующие модели и помогают объяснить ряд эффектов, наблюдаемых в плазме околоземного пространства.

Ссылки по теме работы:

14 декабря 2015 г., 16:30

1. 16:30-17:15

Улыбышев М.В.
к.ф.-м.н., старший научный сотрудник Института Теоретических Проблем Микромира МГУ

Моделирование электронной структуры графена с помощью методов квантового Монте Карло

Квантовое Монте Карло является одним из наиболее мощных численных методов для исследования свойств систем с сильно-коррелированными электронами. В докладе освещается применение этих алгоритмов к исследованию электронных свойств графена. В нормальным условиях этот материал является двумерным проводником, где эффекты электрон-электронного взаимодействия участвуют только в качестве поправок к некоторым величинам (например, к проводимости). Однако во внешнем магнитном поле или при наличии дефектов кристаллической решетки эффекты электрон-электронного взаимодействия начинают играть очень важную роль, причем для их полного учета в расчетах требуется применение сложных численных методов.

Ссылки по теме работы:

2. 17:15-18:00

Висторовский А.Е.
АО «АЛМАЗ-СП»

Экономичный высокопроизводительный программно-аппаратный комплекс Altera с поддержкой стандарта OPEN-CL

В докладе будут рассмотрены возможности использования и маршрут проектирования стандарта OpenCL (Open Computing Language) - открытого, не требующий лицензионных отчислений стандарта универсального параллельного программирования гетерогенных вычислительных платформ на аппаратуре (ускорителе PCIe) на базе ПЛИС Altera.

Образец вычислительной платформы, состоящий из хост-компьютера х86 и ускорителя ресурсоемких вычислений ПЛИС Altera Stratix-5, необходимое ПО, референсные примеры будут предоставлены в обозримое время в СКЦ МГУ, где заинтересованные пользователи смогут попробовать свои задачи, убедится в простоте использования аппаратного комплекса и эффективности самого подхода.

30 ноября 2015 г., 16:30

Головизнин В.М., Соловьев А.В., ИБРАЭ РАН

Суперкомпьютерный CFD код CABARET-STAGES для задач энергетики и промышленности

Приводится обзор состояния разработки CFD методики нового поколения CABARET и суперкомпьютерного кода CABARET-STAGES. Методика CABARET ориентирована на решение квазилинейных законов сохранения гиперболического типа и задач с доминирующим сеточным переносом. Методика не использует модели турбулентности и не имеет настроечных параметров. Код CABARET-STAGES реализует методику на трехмерных неструктурированных сетках для различных математических моделей, характерных для задач индустриальной математики, имеет модульную структуру и асинхронное MPI распараллеливание на произвольное число процессоров.

16 ноября 2015 г., 16:30

Лущекина С.В., с.н.с. ИБХФ РАН
Немухин А.В., проф., заведующий лабораторией химической кибернетики Химического факультета МГУ
Варфоломеев С.Д., член-корр. РАН, научный руководитель ИБХФ РАН, зав. кафедрой Химической энзимологии Химического факультета МГУ

Совместное использование суперкомпьютерного моделирования и экспериментальных методов для решения биохимических и биомедицинских задач

В докладе будут рассмотрены примеры совместного использования генетических, биохимических, физиологических и суперкомпьютерных методов исследования в рамках решения общей биомедицинской задачи при разработке лекарственных препаратов для терапии болезни Альцгеймера и миастении гравис, исследованиях молекулярного полиморфизма человека.

2 ноября 2015 г., 16:30

Титарев В.А., ФИЦ ИУ РАН/МФТИ, в.н.с., к.ф-.м.н.
Чикиткин А.В., МФТИ, аспирант
Утюжников С.В., Университет Манчестера/МФТИ, профессор, д.ф.-м.н.

Численное моделирование высокоскоростных течений сжимаемого газа c применением двухуровневого OpenMP+MPI распараллеливания

В работе рассматривается применение двухуровневого OpenMP+ MPI распараллеливания для численного решения уравнений сплошной среды и кинетического уравнения Больцмана с модельным интегралом Е.М. Шахова. Метод решения - неявная конечно-объемная ТВД схема на произвольных пространственных сетках. Приводятся результаты расчетов на вычислительных системах с 12- и 18-ядерными процессорами Intel Xeon и ускорителями Intel Xeon Phi.

http://www.flowmodellium.ru/

19 октября 2015 г., 16:30

Немухин А.В., проф., заведующий лабораторией химической кибернетики Химического факультета МГУ

Суперкомпьютерное моделирование молекулярных процессов в белках

В докладе будут представлены результаты моделирования химических и фотохимических процессов в белковых макромолекулах. Основной инструмент подобного моделирования – численное решение уравнений квантовой механики – молекулярной механики (КМ/ММ), что немыслимо без использования современных суперкомпьютеров.

5 октября 2015 г., 16:30

Володин Е.М., д.ф.-м.н., в.н.с. ИВМ РАН
Лыкосов В.Н., чл.-корр. РАН, г.н.с. ИВМ РАН, зав.лаб. НИВЦ МГУ

Математическое моделирование климатической системы: современное состояние и перспективы

Доклад посвящен проблеме математического моделирования климатической системы, включающей в себя такие компоненты, как атмосфера, океан, суша, криосфера (континентальные и морские льды, вечная мерзлота) и биосфера. Ее динамика определяется физическими, химическими, биологическими и другими процессами, что требует междисциплинарных подходов при ее исследовании. Дан краткий обзор современного состояния исследований по проблеме математического моделирования климата и его изменений в рамках международной программы сравнения климатических моделей CMIP. Рассматриваются существующие в настоящее время версии модели Института вычислительной математики (ИВМ) РАН: основные компоненты, программная реализация на параллельных вычислительных системах, прогресс по сравнению с предыдущим этапом CMIP4 программы сравнения климатических моделей. В качестве иллюстрации представлены некоторые результаты, полученные с этой моделью по воспроизведению современного климата и оценке его возможных изменений в будущем. Рассматриваются требования научного сообщества к перспективным моделям земной климатической системы, перечисляются проекты программы будущего сравнения климатических моделей CMIP6 (2016 – 2018 гг.) и обсуждается возможное участие в них модели ИВМ РАН.

19 мая 2015 г.

1. 16:30-17:15

Захаров В.С., д.г.-м.н., доцент
Перчук А.Л., д.г.-м.н., зав. кафедрой
Завьялов С.П., аспирант
Синева Т.А., магистрант
Геря Т.В., д.г.-м.н., профессор
Геологический факультет МГУ им. М.В. Ломоносова

Моделирование процессов субдукции и континентальной коллизии

Коллизия – геодинамический режим, который проявляется при схождении на конвергентной границе плит двух блоков континентальной литосферы. Интенсивное сжатие порождает сложные структуры и горообразование, при этом происходят сложные термомеханические и петрологические процессы. Компьютерное моделирование является важным, а в случае древней (докембрийской) коллизии уникальным инструментом исследования коллизионных структур, поскольку для древних систем отсутствуют современные аналоги по условиям формирования.

Использовались оригинальные согласованные термомеханические и петрологические модели для исследования геодинамических процессов. Код основан на методе конечных разностей на недеформируемой смещенной сетке с использованием метода лагранжевых маркеров в ячейке. В моделях рассматривается деформация среды под действием приложенных тектонических сил, при этом решаются уравнения движения, неразрывности и теплопроводности в движущейся среде с учетом массовых сил, связанных с тепловыми и химическими неоднородностями, тепловых эффектов от адиабатического сжатия/расширения и вязкого трения. Учитывается также влияние фазовых переходов, в том числе частичное плавление, миграция флюидов и расплавов и формирование континентальной коры. Для описания литологической структуры модели используются лагранжевы маркеры, изначально распределенные по очень плотной случайной сетке между узлами основной сетки. Для сопоставления результатов моделирования с природными комплексами со сложной геометрией необходимо высокое разрешение моделей, используется до нескольких десятков миллионов маркеров. Это дает возможность выявить характерные особенности динамики коллизионной зоны с высоким разрешением, но требует больших вычислительных ресурсов и является обоснованием применения суперкомпьютеров.

Проводилась серия двухмерных численных экспериментов, в которых параметры модели варьировались такие параметры модели, как мощность континентальной литосферы, температура подлитосферной мантии, скорость конвергенции, теплогенерация пород континентальной коры. Моделирование показывает существенное влияние указанных геодинамических параметров на характер процессов конвергенции литосферных плит.

2. 17:15-18:00

Мануйлович И.С., к.ф.-м.н., с.н.с.
НИИ Механики МГУ им. М.В. Ломоносова

Программный комплекс для высокопроизводительных расчетов пространственных течений реагирующих газовых и пылегазовых смесей

В докладе описывается разработанный автором программный комплекс с современным графическим интерфейсом для моделирования 1D, 2D и 3D течений многокомпонентных инертных и реагирующих газовых и пылегазовых смесей в открытом пространстве, в камерах и каналах со сложной геометрией, включая процессы с ударными и детонационными волнами. Для описания нестационарных течений смеси газа с частицами используется как равновесное, так и неравновесное приближение. В первом случае смесь характеризуется одной скоростью и одной температурой. Присутствие пыли отражается только на плотности и теплоемкости смеси. Во втором случае движения смеси газа с частицами рассматриваются в рамках модели двух взаимопроникающих континуумов, каждый из которых характеризуется своей скоростью и температурой и называются фазами пылегазовой смеси. При моделировании газовой фазы используются уравнения Эйлера, описывающие нестационарные двумерные (плоские или осесимметричные) и трехмерные течения, с правыми частями, определяющими изменение ее химического состава, ее силовое и тепловое взаимодействие с частицами, а также поступление веществ при выходе из частиц летучих компонентов и продуктов горения твердого вещества частиц. Для расчета движения частиц пыли реализован один из вариантов метода крупных частиц. Совместно используются уравнения химической кинетики горения газообразной и твердой фазы. В расчетах могут использоваться подвижные структурированные многоблочные расчетные сетки с любой степенью связности и с произвольными криволинейными границами, задаваемыми параметрически. На основе MPI реализована возможность проведения расчетов трехмерных течений на нескольких тысячах процессорных ядер на сложных криволинейных сетках, состоящих из нескольких миллиардов ячеек. В программном комплексе реализованы функции SSH- и SFTP-клиента для автоматического выполнения команд и обмена файлами с удаленной операционной системой Linux. Эти функции обеспечивают запуск расчетов задач и выполняют автоматический контроль за выполнением расчетов. Реализована система автоматического архивирования, скачивания, распаковки и визуализации течений. Будут представлены результаты расчетов ряда задач, в том числе полученные на суперкомпьютере "Ломоносов".

21 апреля 2015 г.

1. 16:30-17:15

Атауллаханов Ф.И., д.б.н., профессор
Физический факультет МГУ им. М.В. Ломоносова
Центр Теоретических Проблем Физико-Химической Фармакологии РАН

Процесс перехода микротрубочки к катастрофе как результат возникновения множественных обратимых молекулярных событий на кончике трубки

Доклад посвящен исследованию динамики микротрубочек – клеточных биополимеров. Микротрубочки – это цилиндрические структуры диаметром 25 нм, состоящие из димеров белка тубулина. В клетках они играют ключевую роль в процессе митотического разделения хромосом между двумя дочерними клетками. Они обладают свойством динамической нестабильности, означающим процесс спонтанного перехода микротрубочки от фазы медленного роста к быстрой полимеризации и обратно от укорочения к фазе роста. Эти два перехода называются соответственно “катастрофой” и “спасением”. Известно, что процесс перехода к катастрофе является многоступенчатым и время его наступления описывается гамма-распределением, что означает увеличение частоты катастроф с увеличением «возраста» микротрубочки. Согласно сегодняшним представлениям, из данного распределения следует наличие у микротрубочки способности в течение всей жизни «запоминать» и накапливать некие события, приводящие к катастрофе. Этот феномен получил название «старение микротрубочки». С целью изучения процесса динамики микротрубочек на молекулярном уровне и анализа уже существующих гипотез о механизме «старения» нами была создана первая динамическая модель этой системы. Данная модель позволила нам проанализировать механизмы, приводящие к формированию состояния катастрофы и описать статистические закономерности перехода микротрубочек от роста к быстрой деполимеризации.

2. 17:15-18:00

Чумакова Н.А., к.х.н., доцент
Химический факультет МГУ им. М.В. Ломоносова

Ориентационная упорядоченность и подвижность примесных парамагнитных молекул в структурированных средах

В настоящее время при изучении структуры и динамики различных материалов и сред широко применяется метод спинового зонда. При этом в непарамагнитную матрицу вводится небольшое количество примесных радикалов, за подвижностью и упорядоченностью которых наблюдают с помощью спектроскопии ЭПР. Преимущество данного метода перед другими методами исследования заключается в том, что с помощью спектроскопии ЭПР можно определять одновременно трансляционную и вращательную подвижность, а также ориентационную и трансляционную упорядоченность молекул. Настоящий доклад посвящён поведению примесных радикалов в структурированных средах – нематических и смектических жидких кристаллах, деформированных полимерах и ионных жидкостях. Демонстрируются методы и подходы, позволяющие получать детальную информацию об ориентационной упорядоченности, трансляционной и вращательной подвижности парамагнитных молекул, путём компьютерного анализа спектров ЭПР.

7 апреля 2015 г.

1. 16:30-17:15

Чертович А.В., к.ф.-м.н., н.с.
Гаврилов А.А., к.ф.-м.н., н.с.
Физический факультет МГУ им. М.В. Ломоносова

Исследование линейных и сетчатых случайных полимерных систем методами компьютерного моделирования

Доклад посвящен обзору исследования влияния случайности на свойства полимерных систем, в частности, фазового поведения линейных сополимеров со случайной первичной последовательностью в объеме и тонких пленках, а также структуры и свойств случайно-сшитых сетчатых полимеров.

Блок-сополимеры являются перспективным системами для создания наноструктурированных материалов; в числе возможных применений называются мембраны (например, для фильтрации или в качестве протонпроводящих мембран для топливных элементов), фотоны кристаллы, нанопровода, шаблоны для литографических приложений. Однако, при синтезе линейных сополимеров в лабораторных экспериментах и на производстве последовательность звеньев нерегулярна (случайна). В то же время, такие системы гораздо менее изучены в теоретических работах и методами компьютерного моделирования (как правило, изучаются полимеры с регулярными последовательностями). Также интересным представляется изучение влияние внешних условий на формирование последовательностей и фазовое поведение таких систем, в частности, наличие подложки с узором. Именно полимерные покрытия и пленки в настоящий момент наиболее отработаны технологически, и открываются большие перспективы в получении структурированных тонких пленок со специальными свойствами.

Другой тип случайности встречается в сетчатых полимерах, в частности в резинах - в процессе вулканизации в таких системах образуется большое количество субцепей разных длин. Изучение таких систем теоретическими подходами практически невозможно из-за их сложной структуры; поэтому влияние структуры случайных сетчатых полимеров на их свойства (например, механические) до сих пор остается не вполне ясным.

2. 17:15-18:00

Рудов А.А., к.ф.-м.н., н.с.
Потемкин И.И., д.ф.-м.н., профессор
Физический факультет МГУ имени М.В. Ломоносова

Исследование структуры и свойств микрогелей и арборесцентных макромолекул и возможности их использования в качестве стабилизаторов наночастиц методами компьютерного моделирования

Доклад посвящен обзору исследования мягких полимерных частиц: микрогелей и арборесцентных макромолекул чувствительных к внешним воздействиям в растворе и на межфазной границе методами диссипативной динамики частиц и молекулярной динамики.

Полимерный нанокомпозит (ПКМ) - многокомпонентный материал, в котором роль матрицы выполняет полимерная основа, а в качестве наполнителя выступают наночастицы с различными физическими свойствами. Это могут быть каталитически активные металлы, например, Au, Pd, представляющие интерес для применения их в качестве катализаторов или сенсоров; наночастицы с высокой диэлектрической проницаемостью (BaTiO3 или TiO2) для создания нано конденсаторов с высокой емкостью; квантовые точки (CdSe) для моделирования нелинейных оптических и электро-оптические приборов и др.

Одной из фундаментальных задач в этой области является предотвращение агрегации наночастиц друг с другом в полимерной матрице. Для этого в систему вводят дополнительные компоненты - стабилизаторы. В качестве стабилизаторов могут выступать градиентные и блок-сополимеры, дендримеры, латексные частицы и др. Однако наиболее перспективными кандидатами являются микрогели и арборесцентные молекулы. Они имеют несколько важных преимуществ по сравнению с другими системами, а именно, растворимость в широком спектре растворителей, простота синтеза, полный контроль за размерами и структурой частиц во время синтеза, а в случае микрогелей еще и возможность функционализации, что обеспечивает их чувствительность в ответ на внешние воздействия (изменение рН, температуры и др.).

24 марта 2015 г., 16:30

Горобец А.В., с.н.с. ИПМ им. М.В. Келдыша РАН

Параллельные технологии математического моделирования турбулентных течений на современных суперкомпьютерах

Доклад посвящен параллельным технологиям моделирования задач газовой динамики на современных суперкомпьютерах с использованием методов повышенной точности. Рассматриваются различные этапы от разработки алгоритма и создания параллельной программной реализации до выполнения расчётов на крупных вычислительных системах. Для распараллеливания предлагается использовать многоуровневую параллельную модель, сочетающую разные типы параллелизма. Методика выполнения крупномасштабных расчётов охватывает различные аспекты численного эксперимента на системах коллективного доступа. Представлены несколько программных комплексов, предназначенных для моделирования сжимаемых и несжимаемых турбулентных течений с использованием десятков тысяч процессоров, ускорителей различной архитектуры. Также представлены выполненные с их помощью расчеты ряда актуальных задач механики сплошной среды.

10 марта 2015 г.

1. 16:30-17:15

Сибгатуллин И.Н.,к.ф.-м.н, с.н.с. НИИ механики и кафедра газовой и волновой динамики МГУ им. М.В. Ломоносова

Прямое численное моделирование неустойчивости волновых аттракторов и каскадных процессов в стратифицированной жидкости

Исследование механики процессов, лежащих в основе формирования и разрушения структур в стратифицированных океанических слоях имеет большое значение для понимания, а возможно и для прогнозирования явлений, полного научного описания которых до сих пор не существует. По своему характеру волновая неустойчивость и турбулентность в стратифицированных жидкостях имеет совершенно другую природу по сравнению с турбулентностью при обтекании тел, но именно она играет большую роль во многих океанических и атмосферных явлениях, не говоря об астрофизических приложениях. Научная группа Высшей Нормальной Школы г. Лион (ENS de Lyon) совместно с Е.В. Ерманюком (институт гидродинамики им. М.А. Лаврентьва СО РАН) в настоящее время проводят экспериментальные и теоретически исследования волновых течений стратифицированной жидкости. С середины 1990-х годов начались активные исследования волновых структур, возникающих в результате фокусировки внутренних волн при отражении от наклонных поверхностей. Эти структуры были названы волновыми аттракторами (в отличии от аттракторов динамических систем, здесь прежде всего имеется в виду структура в физическом пространстве). Нам впервые удалось численно воспроизвести волновой аттрактор не только качественно, но и количественно в соответствии с параметрами экспериментальной установки. Но что на много важнее, нам удалось воспроизвести и количественно описать триадный резонанс и параметрическую субгармоническую неустойчивость (PSI), приводящие к разрушению аттрактора, а также каскадный процесс, в результате которого волны большой амплитуды переносят энергию к волнам меньшей амплитуды. При этом выполняются условия триадного резонанса, описанные О. Филлипсом: сумма частот дочерних волн и сумма волновых векторов дочерних волн равны соответственно частоте и волновому вектору исходной волны. Особые свойства триадного резонанса проистекают из-за того, что это равенство является именно векторным. Важную часть исследования составили методы извлечения полезной информации из данных (экспериментальных или расчётных) на основе подходов, успешно применяющихся в ENS de Lyon для анализа экспериментов, включая преобразования Гильберта, биспектры и пр. Динамика течений жидкости и геометрия области предъявляют особые требования к численному моделированию из-за необходимости рассчитывать возникновение вторичных течений (волн) и каскадного перехода к турбулентным режимам. Поэтому для моделирования был использован спектрально-элементных элементов высокого порядка точности, позволяющий сочетать высокий порядок аппроксимации спектральных (Галеркинских) методов с гибкостью конечных элементов. Традиционные для современной вычислительной гидродинамики методы конченых объемов и конечных элементов обладают слишком большой численной вязкостью, способной подавить турбулентые флуктуации, а консервативные методы конечных разностей не являются достаточно гибкими в смысле выбора геометрии. Для численной реализации метода спектральных элементов были использованы открытые библиотеки nek5000. Расчеты процессов развития неустойчивых течений потребовали значительных вычислительных ресурсов кластера Ломоносов и проводились при эффективном распараллеливании до 1024 процессов.

2. 17:15-18:00

Воронина Е.Н., н.с. НИИЯФ МГУ
Чирская Н.П., м.н.с. НИИЯФ МГУ
Новиков Л.С., зав. отделом НИИЯФ МГУ, профессор
Рахимова Т.В., вед. н.с. НИИЯФ МГУ
Палов А.П., с.н.с. НИИЯФ МГУ
Манкелевич Ю.А., вед. н.с. НИИЯФ МГУ

Использование программного комплекса VASP и суперкомпьютера "Ломоносов" в моделировании механизмов взаимодействия сверхтепловых атомов с поверхностью

Доклад посвящен программному комплексу VASP и его применению для исследования физико-химических процессов взаимодействия тепловых и сверхтепловых атомов с наноструктурированными поверхностями различных материалов. В докладе рассказывается о подходах к моделированию таких процессов, описываются возможности и особенности комплекса VASP в сравнении с другими квантовохимическими программами, анализируется эффективность проведения параллельных вычислений с помощью VASP на суперкомпьютере "Ломоносов". В качестве примеров актуальных физических задач рассматривается использование ab initio молекулярной динамики для моделирования взаимодействия тепловых атомов F, O, N с ultra low-k диэлектриками и воздействия сверхтепловых (более 5 эВ) атомов кислорода на наноструктуры.

9 декабря 2014 г., 16:30

ЗАО "Т-Сервисы"
Вагнер А.В.

Востребованные промышленностью РФ задачи. Реальные примеры из практики ЗАО "Т-Сервисы"

25 ноября 2014 г., 16:30

ТЕСИС
С.А. Харченко, Д.П. Силаев, А.А. Ющенко

Развитие решателя СЛАУ программного комплекса FlowVision для эффективного использования современных многоядерных векторных процессоров

При моделировании задач математической физики, таких как вычислительная гидродинамика и другие, с использованием неявных схем аппроксимации одним из ресурсоемких этапов является решение систем линейных уравнений (СЛАУ). Во многих современных программных комплексах моделирования промышленных задач при решении СЛАУ используются алгоритмы типа алгебраического многосеточного метода (Algebraic MultiGrid - AMG). Алгоритмы этого типа показали свою высокую эффективность для широкого класса приложений. С другой стороны, основное направление развития современных процессоров - это увеличение числа ядер (параллельность) и увеличение длины регистра в векторных инструкциях (векторность). В частности, в современных многоядерных процессорах как правило имеется поддержка наборов SIMD инструкций SSE и AVX, оперирующих с 128-битными и 256-битными регистрами каждого вычислительного ядра процессора. В сопроцессоре Intel Xeon PHI архитектуры KNC основная вычислительная производительность достижима прежде всего если используются SIMD инструкции с 512-битными регистрами. В докладе представлены ведущиеся разработки и начальные результаты по адаптации к архитектуре современных процессоров решателя СЛАУ типа AMG с разреженной матрицей в ПК FlowVision. Для этого проводится доработка алгоритма для эффективного использования большого числа ядер процессора и векторизация ресурсоемких вычислений.

11 ноября 2014 г., 16:30

Ю.С. Швыкин, д.т.н., профессор, начальник теоретического отдела Конструкторского бюро приборостроения (КБП), г. Тула
В.А. Дунаев, д.т.н., профессор кафедры "Ракетное вооружение" Тульского госуниверситета
В.А. Никитин, к.т.н., доцент кафедры "Ракетное вооружение" Тульского госуниверситета

О некоторых задачах газодинамики, возникающих при проектировании энергетических узлов комплексов вооружения

1. Процессы воспламенения высокоэнергетических конденсированных систем.

2. Горение конденсированных частиц в газовых потоках.

3. Волновые процессы в энергетических узлах артиллерийских систем.

28 октября 2014 г., 16:30

ООО "ДАТАДВАНС"
Е.В. Бурнаев, Ф.В. Губарев, С.М. Морозов, А.А. Прохоров, Д.С. Хоминич
(презентация)

Решение задач инженерной оптимизации и автоматизации инженерных расчётов в пакете pSeven

Одной из наиболее актуальных задач отечественной промышленности является существенное сокращение сроков проектирования и снижения затрат на разработку различных образцов как гражданской, так и военной техники. Одним средств решения этой задачи является использование систем автоматизированного проектирования и численного моделирования, т.е. систем трехмерного проектирования (CAD), моделирования и инженерного анализа (CAE), управления данными об изделии (PDM) и др. CAD-системы дают возможность создать 3D-образ проектируемого изделия, но в большинстве случаев не позволяют определить совокупности его физических свойств. Эта задача решается с помощью CAE-систем, которые по имеющейся модели изделия позволяют рассчитать его технические и эксплуатационные характеристики. Однако большинство CAE-систем не приближают облик изделия и его характеристики к оговоренным в техническом задании, а лишь позволяют вычислить характеристики для заданной геометрии и режима работы изделия. В дальнейшем конструктор совместно с инженером-расчётчиком на основе анализа результатов, полученных в CAE-системе, должны самостоятельно определить новый облик изделия. Как правило, необходимо провести серию расчетов, и каждый раз требуется участие специалистов для анализа промежуточных результатов.

Цель доклада - продемонстрировать возможность систематического решения задачи автоматизации процесса инженерных расчётов и процесса поиска оптимального облика изделия, его узлов и агрегатов, а также его эксплуатационных характеристик при помощи вертикально интегрированных аппаратно-программных комплексов, связывающих вычислительные ресурсы и различные CAD и CAE-системы в единую среду, позволяющую применять формализованные методики научного поиска, используя методы оптимизации и анализа данных. Решение будет продемонстрировано на примере программного комплекса pSeven, разработанного компанией DATADVANCE - интеграционной платформы, предоставляющей возможности по сопряжению различных CAПР и использованию их совместно с современным математическим аппаратом - алгоритмами анализа данных и оптимизации.

14 октября 2014 г., 16:30

Опытно-конструкторское бюро им. А. Люльки
С.Н. Фетисов

Обзор основных задач, решаемых в ОКБ им. А. Люльки с использованием методов математического моделирования. Перспективы развития сотрудничества научно-исследовательских организаций с ОКБ им. А. Люльки

В первой части доклада освещены направления работы ОКБ им. А. Люльки, связанные с методами математического моделирования физических процессов. Приведен спектр основных задач, решаемых с использованием суперкомпьютерных технологий, из следующих дисциплин: гидрогазодинамика, горение, механика твёрдого тела, дифракция электромагнитных волн. Кроме того, приведены способы решения задач, применяемые в настоящее время.

Во второй части доклада приведен пример сотрудничества ОКБ им. А. Люльки с ИВМ РАН с целью реализации программного комплекса, предназначенного для решения задач дифракции электромагнитных волн.

В третьей части доклада освещены проблемы решения некоторых задач, представляющих практический интерес для ОКБ им. А. Люльки.

30 сентября 2014 г., 16:30

ОКБ "ГИДРОПРЕСС"
Волков В.Ю., Голибродо Л.А., Крутиков А.А., Кудрявцев О.В., Максимов В.Е., Надинский Ю.Н., Николаева А.В., Нечаев А.Т., Скибин А.П., Щукин А.А.

Применение суперкомпьютерных технологий в ОКБ "ГИДРОПРЕСС" для моделирования задач гидродинамики и тепломассообмена

В докладе рассматривается применение в ОКБ "ГИДРОПРЕСС" расчетных CFD технологий для решения промышленных задач гидродинамики и теплообмена, основанных на использовании многопроцессорных кластерных систем. Необходимость применения суперкомпьютеров вызвано большой размерностью сеточных моделей решаемых задач, которая составляет от 108 до 109 контрольных объемов. Для численного решения применяются коммерческие коды, такие как CFX, STAR-CD и STAR-CCM+.

Ссылки по теме работы:

27 мая 2014 г.

1. 16:30-17:15

А.Л. Плешкевич, нач. научного отделения ОАО ЦГЭ, к.т.н.
Б.П. Мороз, ведущий геофизик научного отделения ОАО ЦГЭ
А.В. Иванов, н.с. ИПМ им. М.В.Келдыша РАН, к.ф.-м.н.
С.А. Жданов, аспирант МФТИ, сотрудник НОЦ ИПМ им. М.В.Келдыша РАН

Сейсмическая миграция: алгоритмы и реализации
(презентация)

Рассмотрены основные постановки важнейшей при поисках нефти и газа задачи сейсмической миграции - построения 3-D изображения неоднородностей земной среды по отраженным рассеянным сейсмическим волнам, полученным с помощью взрывных источников на поверхности земли или акватории. Приведены примеры практической реализации этой трудоемкой вычислительной процедуры на реальных объектах сейсмической разведки с использованием высокопроизводительных вычислений, включая расчеты на суперкомпьютере «Ломоносов». Рассмотрены различные приближения решения указанной задачи, включающих как простейшие асимптотические, так и перспективные псевдо-Фурье методы решения возникающих многомерных волновых задач.

Ссылки по теме работы:

2. 17:15-18:00

В.С. Архипкин, геофак МГУ, доцент, к.г.н.
С.А. Добролюбов, геофак МГУ, зам.декана, зав.кафедрой океанологии, д.г.н., профессор, член-корр. РАН
Ф.Н. Гиппиус, геофак МГУ, аспирант
С.А. Мысленков, геофак МГУ, с.н.с.

Современные технологии моделирования экстремального волнения и штормовых нагонов в морях, омывающих европейскую территорию России
(презентация)

До настоящего времени недостаточно данных натурных измерений, необходимых для статистической оценки экстремальных величин параметров ветрового волнения, особенно в открытых частях океанов и морей. Имеющиеся наблюдения ограничены по времени и не могут характеризовать волновой режим для всей акватории моря за длительные промежутки времени. С другой стороны, современные численные модели ветровых волн позволяют рассчитывать пространственно-временные спектры с хорошей точностью с учетом всех основных физических механизмов, определяющих эволюцию поля поверхностных волн. Результаты моделирования могут быть подвергнуты статистической обработке для вероятностного прогноза характеристик волнения заданной обеспеченности. Для расчетов параметров ветрового волнения в Черном, Каспийском, Азовском и Балтийском морях была применена спектральная модель ветрового волнения третьего поколения SWAN. По результатам численного моделирования была получена статистика штормовых событий в Черном, Каспийском, Азовском и Балтийском морях. Для расчетов штормовых нагонов в Северном Каспии, Белом и Азовском морях была выбрана современная модель расчета циркуляции вод и штормовых нагонов ADCIRC (ADVANCED CIRCULATION MODEL). Эта модель может работать на нерегулярной сетке с небольшим шагом по пространству. Она учитывает такие эффекты как затопление и осушка, важные с точки зрения моделирования наводнений прилегающей суши. Все расчеты проводились на суперкомпьютере «Ломоносов».

Ссылки по теме работы:

13 мая 2014 г.

1. 16:30-17:15

А.В. Сетуха, в.н.с., д.ф.-м.н., проф., НИВЦ МГУ
А.А. Апаринов, с.н.с., к.ф.м.н., НИИ парашютостроения

Применение суперкомпьютерных технологий в вихревых методах аэродинамики
(презентация)

В докладе представлены результаты разработок авторов по увеличению производительности вычислений вихревом методе решения трехмерных задач аэродинамики. В этом направлении было использовано два основных подхода: распараллеливание вычислений и применение специальных алгоритмов аппроксимации заполненных матриц большой размерности, используемых для быстрого выполнения линейных операций. Проведен анализ основных вычислительных затрат метода, формулируются новые классы задач, на решение которых направлено создание суперкомпьютерной версии алгоритма. Приводятся результаты исследований авторов по оценке роста производительности вычислений и открывающихся возможностей при решении прикладных задач.

Ссылки по теме работы:

2. 17:15-18:00

М.Г. Хренова, к.ф.-м.н., н.с., химфак МГУ
А.П. Савицкий, д.х.н., проф., зав.лаб. физической биохимии, зам.директора Института биохимии имени А.Н. Баха
А.В. Немухин, д.х.н., проф., зав. лаб. химической кибернетики, химфак МГУ

Рациональный дизайн ингибиторов: можно ли обойтись без докинга?
(презентация)

В основе многих заболеваний человека лежит нарушение каталитической активности ферментов. Для контроля работы фермента, как правило, требуется найти вещество, способное повлиять на активность фермента. Поиск таких соединений - ингибиторов - представляет сложную экспериментальную задачу. Однако в том случае, когда известна трехмерная атомная структура белка-мишени, современные методы молекулярного моделирования могут оказать значительную поддержку подобным разработкам. Одним из наиболее разработанных подходов является метод молекулярного докинга. В докладе обсуждаются новые подходы к прогнозированию ингибиторов по результатам моделирования механизмов реакций в активных центрах ферментов методами квантовой механики / молекулярной механики. В частности, круг потенциальных соединений, влияющих на активность ферментов, может быть расширен за счет молекул, которые претерпевают химические изменения в активном сайте фермента, приводя к образованию ингибитора in situ. В качестве примера приводятся результаты предсказаний ингибиторов матриксных металлопротеиназ.

Ссылки по теме работы:

29 апреля 2014 г.

1. 16:30-17:15

А.А. Грановский, химфак МГУ
И.Н. Иоффе, д.ф.-м.н., в.н.с., химфак МГУ
А.А. Горюнков, д.х.н., в.н.с., химфак МГУ
П.А. Хаврель, к.х.н., с.н.с., химфак МГУ
и др.

Реализация многоконфигурационной теории возмущений XMCQDPT2 в рамках пакета Firefly и ее применение к исследованию возбужденных состояний фотохимических систем
(презентация)

Электронно-возбужденные состояния играют ключевую роль во многих фотохимических системах, что порождает необходимость в достоверных методах их теоретического описания. Среди применяемых для этого подходов выделяются многоконфигурационные теории возмущений, обеспечивающие достаточно высокую количественную точность для возбужденных состояний различной природы и позволяющие при этом рассматривать системы достаточно большого размера. В настоящем докладе будет рассказано про особенности одной из таких теорий, XMCQDPT2, реализованной в рамках пакета Firefly, и про ее применение к различным органическим соединениям, таким как стильбен и его производные.

Ссылки по теме работы:

2. 17:15-18:00

Д.Н. Микушин, doctoral assistant, University of Lugano; Applied Parallel Computing LLC
Н.Н. Лихогруд, аспирант ВМК МГУ
Eddy Z. Zhang, assistant professor, Rutgers University
C. Bergstrom, Pathscale Inc.
С.В. Ковылов, NVIDIA

Технологии автоматического распараллеливания кода для GPU
(презентация)

Доклад посвящен оценке практических возможностей современных распараллеливающих компиляторов для графических процессоров. Приводится сравнение ряда существующих систем, в числе которых разработанный авторами компилятор KernelGen. На примере кода численного метода демонстрируется принцип работы компилятора: представление пространства итераций в виде политопа, оценка зависимости данных, отображение итераций на потоки GPU, работа с промежуточным языком LLVM. Анализируется производительность сгенерированных компиляторами GPU-ядер и эффекты от применения различных оптимизаций. В заключение обсуждается перспектива использования UVM (CUDA 6.0) для упрощения синхронизации памяти GPU и хост-системы.

Ссылки по теме работы:

1 апреля 2014 г.

1. 16:30-17:15

И.В. Офёркин, вед. программист НИВЦ МГУ
Е.В. Каткова, м.н.с., ООО "Димонта"
А.В. Сулимов, вед. программист НИВЦ МГУ
В.Б. Сулимов, д.ф.-м.н., зав. лаб. НИВЦ МГУ

Программа прямого обобщенного докинга FLM: валидация и исследование спектра энергетических минимумов комплексов белок-лиганд
(презентация)

В докладе изложен метод расчета свободной энергии, энтальпии и энтропии связывания лиганда с белком в мультигармоническом приближении - аппроксимации возможных состояний молекулярной системы набором локальных минимумов с квадратичной функцией потенциальной энергии. Изложенный метод был реализован в оригинальной программе прямого (бессеточного) обобщенного докинга FLM, которая находит для молекулярной системы спектр низкоэнергетичных локальных минимумов. Приведены результаты работы программы FLM на суперкомпьютере "Ломоносов", примененной к 22 комплексам белок-лиганд, в том числе проведено сравнение рассчитанных энергий связывания лигандов с белками с экспериментальными константами ингибирования. Проведено сравнение энергий связывания в силовом поле MMFF94 и полученных квантовохимическим полуэмпирическим методом PM7.

Ссылки по теме работы:

2. 17:15-18:00

В.В. Писарев, к.ф.-м.н., с.н.с. ОИВТ РАН
Г.С. Смирнов, аспирант МФТИ, м.н.с. ОИВТ РАН
С.В. Стариков, к.ф.-м.н., зав. лаб. ОИВТ РАН
В.В. Стегайлов, д.ф.-м.н., зав. отд. ОИВТ РАН

Расчеты лазерной абляции и другие крупномасштабные атомистические модели: максимизация параллельной эффективности на кластере "Ломоносов"
(презентация)

В докладе будут кратко описаны основные методы распараллеливания классических и квантовых алгоритмов атомистического моделирования и принципы их реализации в современных программных пакетах. Будут приведены результаты нескольких бенчмарков на кластере "Ломоносов". Будут представлены результаты крупномасштабного моделирования лазерной абляции - процесса, модели которого остро требуют привлечения максимальных вычислительных ресурсов.

Подробная аннотация и ссылки

18 марта 2014 г.

1. 16:30-17:15

Л.Ю. Бараш, к.ф.-м.н., м.н.с. ИТФ им. Л.Д. Ландау РАН
Л.Н. Щур, д.ф.-м.н., в.н.с. ИТФ им. Л.Д. Ландау РАН

Библиотека PRAND: генерация параллельных потоков случайных чисел для расчетов Монте-Карло с использованием GPU. Использование Multi-GPU для многомерного численного интегрирования методом Монте-Карло
(презентация)

Разработана библиотека PRAND для генерации псевдослучайных чисел для современных CPU и GPU. Использование массивного параллелизма современных GPU и SIMD-параллелизма современных CPU значительно увеличивает производительность генераторов. Библиотека содержит как однонитевые, так и многонитевые реализации тщательно отобранных современных и надежных генераторов. Одной из возможностей, полезных для использования PRAND в параллельном моделировании, является возможность инициализировать до 10^19 независимых потоков.

Задача многомерного численного интегрирования методом Монте-Карло имеет многочисленные приложения. Применение современных методов вычислений с использованием гибридных вычислительных систем с графическими процессорами позволяет значительно увеличить производительность при выполнении задач интегрирования. Вычисление многомерного интеграла методом Монте-Карло с использованием одиночного графического процессора дает повышение производительности в 40-100 раз по сравнению с использованием центрального процессора. Также продемонстрировано линейное увеличение производительности вычислений Монте-Карло при увеличении числа узлов гибридной вычислительной системы с графическими процессорами.

Ссылки по теме работы:

2. 17:15-18:00

П.В. Павлухин, аспирант, мехмат МГУ; инженер, ФГУП НИИ "Квант"
И.С. Меньшов, д.ф.-м.н., проф., мехмат МГУ; в.н.с., ИПМ РАН им. М.В. Келдыша

Параллельный программный комплекс для решения задач газовой динамики в областях со сложной геометрией на современных гибридных вычислительных системах
(презентация)

В докладе будет представлена параллельная реализация метода LU-SGS на Multi-GPU системах. Этот метод используется в программном комплексе для решения трехмерных задач газовой динамики в рамках модели уравнений Навье-Стокса. Как правило, на GPU реализуются методы на основе явных схем с простыми вычислительными ядрами, условие устойчивости для которых накладывает достаточно сильные ограничения на выбор временного шага интегрирования с ростом сеточного разрешения расчетной области. Неявные схемы позволяют ослабить это ограничение для некоторых классов задач, но построение и реализация параллельных алгоритмов, особенно под массивно-параллельные архитектуры GPU, для них намного сложнее.

Одна из важных особенностей рассматриваемого параллельного алгоритма - точное соблюдение работы последовательного прототипа для неявной схемы с масштабируемостью до нескольких сотен узлов. Представленный алгоритм позволяет совмещать во времени вычислительную работу с обменом данными между графическими ускорителями, обеспечивая при этом корректность и повторяемость получаемого решения. Его реализация с помощью CUDA и MPI позволила получить близкий к линейному рост производительности при использовании более 700 графических ускорителей. Расчетная область представляется несвязной декартовой сеткой, а для описания сложной геометрии на ней используется метод погруженной границы с введением специальной правой части в исходную систему уравнений.

Ссылки по теме работы:

4 марта 2014 г.

1. 16:30-17:15

А.Ю. Васильев, к.ф.-м.н., н.с., ИПМех РАН

Аналитическое и численное моделирование периодических течений в вязкой непрерывно стратифицированной жидкости с учетом эффектов диффузии
(презентация)

В настоящее время интерес к теории нелинейных внутренних волн обусловлен необходимостью разработки более эффективных методов описания эволюции природных систем. В связи с увеличением ущерба, вызванного катастрофическими природными явлениями, такими как штормы, ураганы, землетрясения, цунами, изучение динамики формирования крупных волн и вихрей приобрело особую актуальность. Внутренние волны являются такими "маркерами", которые указывают на землетрясения и цунами в океане и атмосфере. Проблемы построения аналитических и более адекватных численных моделей в теории внутренних волн в значительной степени обусловлены сложностью основных уравнений. Анизотропия и дисперсия внутренних волн отличает их от основного класса волновых движений (звуковых или световых волны).

В работе впервые используется совместный (аналитический, численный, лабораторный эксперимент) подход для анализа задач периодических течений в вязкой непрерывно стратифицированной изотермической жидкости с учетом эффектов диффузии.

Методами теории сингулярных возмущений решена линеаризованная задача генерации течений в непрерывно стратифицированной жидкости частью наклонной плоскости, совершающей периодические колебания вдоль своей поверхности с учетом эффектов диффузии. Полученные решения включают регулярно возмущенные по диссипативным факторам компоненты - внутренние волны и семейство сингулярно возмущенных компонент, два из которых обусловлены действием вязкости, а еще один - влиянием диффузии. Численная схема и сетка строится с учетом результатов аналитического анализа. Все вычисления, за исключением тестовых, проводились на суперкомпьютере МГУ "Ломоносов", с использованием свободно распространяемого программного обеспечения OpenFOAM версии 2.1.1. Проведен анализ влияния диссипативных факторов (вязкости, диффузии), стратификации, геометрии источника и скорости источника.

Экспериментальные исследования по изучению излучения внутренних волн осуществляются в ЛВК ИПМех РАН и позволяют моделировать течение вязкой непрерывно стратифицированной жидкости в большом диапазоне параметров (размер и форма излучателя, стратификация, скорость и амплитуда колебаний) и визуализировать поля плотности, а также получать количественные характеристики, такие как смещения частиц в пучке, для сравнения результатов аналитического и численного анализа с экспериментом.

Ссылки по теме работы:

2. 17:15-18:00

И.Б. Коваленко, к.ф.-м.н., с.н.с., биофак МГУ, зав.лаб. ФНКЦ ФМБА России
С.С. Хрущев, с.н.с., биофак МГУ
Д.М. Устинин, к.ф.-м.н., н.с., биофак МГУ
В.А. Федоров, студент, биофак МГУ
П.А. Мамонов, н.с., биофак МГУ
Д.В. Зленко, к.б.н., н.с., биофак МГУ
Г.Ю. Ризниченко, д.ф.-м.н., профессор, биофак МГУ
А.Б. Рубин, д.б.н., чл.-корр. РАН, профессор, биофак МГУ
А.Н. Дьяконова, ассистент, биофак МГУ
Т.В. Галочкина, аспирант, биофак МГУ

Моделирование взаимодействия белков с использованием суперкомпьютерных технологий
(презентация)

Предложен комбинированный метод моделирования, который позволяет на молекулярном уровне детально воссоздать процесс взаимодействия белковых молекул так, как он происходит в живой клетке, и описать с помощью компьютерной модели функционирование сложной субклеточной системы. При этом метод броуновской динамики используется для моделирования процесса диффузии белков и образования ими предварительного комплекса, а для моделирования трансформации предварительных комплексов в финальный используется метод молекулярной динамики.

Разработан программный комплекс, реализующий комбинированный метод молекулярного моделирования с использованием гибридной вычислительной архитектуры. Такая архитектура позволяет использовать максимум вычислительных возможностей современного компьютера или суперкомпьютера, поскольку она дает возможность задействовать в вычислениях центральные и графические процессоры одновременно.

Разработанный программный комплекс используется при исследовании взаимодействия белков и белковых комплексов. С его помощью проведены расчеты скорости протекания белок-белковых реакций для подвижных переносчиков электрона при фотосинтезе и предсказаны изменения скорости реакции при точечных мутациях белков. В настоящее время идет разработка модели клеточной стенки грамотрицательных бактерий и ее взаимодействия с поликатионными антимикробными агентами.

Ссылки по теме работы:

18 февраля 2014 г.

1. 16:30-17:15
Семенов И.В., к.ф.-м.н., с.н.с ИАП РАН
Ахмедьянов И.Ф., м.н.с ИАП РАН
Меньшов И.С., д.ф.-м.н., в.н.с ИПМ РАН
Подложнюк А.Д., м.н.с ИАП РАН
Уткин П.С., к.ф.-м.н., н.с ИАП РАН
Моделирование реагирующих течений на многопроцессорных ЭВМ
(презентация и архив с видеофайлами)

Математическое моделирование реагирующих течений газовых и гетерогенных сред является важным этапом при разработке и модернизации различных энергетических устройств. В докладе представлены результаты моделирования реагирующих течений, встречающихся в нескольких областях современной механики сплошных сред.

В настоящее время активно ведутся работы по созданию двигателей и горелочных устройств, использующих детонационное горение в рабочем цикле. Так как прямое инициирование детонации требует значительных энергетических затрат, а переход горения в детонацию может происходить на значительных расстояниях, то для создания эффективных и компактных установок необходимо разрабатывать устройства, осуществляющие переход горения в детонацию с минимальными затратами энергии и размерами самого устройства. Для ускорения перехода горения в детонацию на стадии, когда в канале уже сформировалась ударная волна, было предложено использовать профилированные каналы и трубы. В докладе представлены результаты моделирования перехода относительно слабой ударной волны в детонационную для каналов и труб с различным профилем. В качестве реагирующих смесей рассматривали смеси пропана и метана с воздухом. Моделирование проводили как в двумерных, так и в трехмерных постановках.

Для обеспечения взрывобезопасности на промышленных производствах, связанных с реагирующей пылью, важное значение имеет исследование механизмов возникновения так называемых вторичных пылевых взрывов. Они представляют значительную опасность, так как в них вовлечен более значительный объем пылегазовой смеси, образованной в результате первичного взрыва. Во второй части доклада будут представлены результаты моделирования инициирования и распространения детонации слоя реагирующей пыли, находящегося на стенках трубы. В кинетической модели учитывали, как горение каркаса частицы, так и горение летучих, выделяющихся из частиц при их нагревании. Показано влияние различных факторов на подъем пыли из слоя ее смешение с воздухом и горение.

При разработке перспективного артиллерийского вооружения большое внимание уделяется моделированию внутрибаллистического процесса. Авторами разработан программный комплекс для моделирования процессов внутренней и промежуточной баллистики с учетом теплового состояния ствола в квазиодномерной и осесимметричной постановках. В третьей части доклада будут приведены математические модели, численные методы и результаты моделирования образования волнового процесса при горении модульного заряда, формирование дульной ударной волны при использовании дульного тормоза и результаты по моделированию теплового состояния ствола при стрельбе очередью.

Все расчеты проводились на многопроцессорных ЭВМ СК "Ломоносов" МГУ и СК "МВС-100К" МСЦ РАН.

Ссылки по теме работы:

2. 17:15-18:00
А.В. Брантов, д.ф.-м.н., с.н.с. ФИАН
В.Ю. Быченков, д.ф.-м.н., г.н.с. ФИАН
Д.В. Романов, к.ф.-м.н., доцент КГПУ им.В.П.Астафьева
А.Б. Савельев-Трофимов, д.ф-м.н., профессор, физфак МГУ, МЛЦ МГУ
Моделирование взаимодействия ультраинтенсивных световых полей с плазмой методом крупных частиц
(презентация)

С появлением компактных сверхмощных лазерных установок появилась возможность создавать сверхсильные электрические поля, способные ускорять частицы, причем с темпом ускорения, намного превосходящим тот, который может быть достигнут на самых именитых ускорителях, включая самую крупную экспериментальную установку в мире, Большой адронный коллайдер. Параметры передовых установок в мире (интенсивность в фокусе до 1019-1022 Вт/см2, мощность ЭМ излучения до 1ПВт при субпикосекундных длительностях лазерного излучения) позволяют возбуждать сверхсильные поля, но этого оказывается недостаточно. Требуется перейти к среде, способной выдерживать такие сверхсильные поля. Такой средой является плазма. Под действием интенсивных лазерных импульсов любое вещество превращается в плазму, когда внутриатомные поля оказываются малыми по сравнению с лазерными полями, что и выполнятся для обсуждаемых лазеров. Если предельное электрическое поле для традиционного ускорителя не превышает 100 МВ/м, то в плазме оно может быть, по крайней мере, на три порядка выше – 100 ГВ/м и, следовательно, длина ускорителя может быть в такое же число раз меньше. Существенное повышение темпа ускорения частиц при использовании мощных коротко-импульсных лазеров по сравнению со стандартными ускорителями могло бы кардинально уменьшить размеры установок. Таким образом, это свидетельствует о принципиальной возможности создания компактного лазерного ускорителя электронов и ионов, а также компактных источников вторичного электромагнитного излучения с уникальными свойствами. К настоящему времени уже экспериментально получены пучки электронов с энергией порядка нескольких ГэВ и пучки ионов с энергией порядка 100 МэВ на нуклон. Однако, широкое практические применение подобных источников зачастую сдерживается либо из-за недостаточной энергии частиц, либо из-за недостаточной яркости источника. В связи с этим, активно ведутся исследования, направленные на поиск оптимальных режимов взаимодействия лазерного излучения с плазмой, позволяющих наиболее эффективно ускорять электроны и ионы.

Несмотря на сложность описания взаимодействия лазерного излучения с плазмой мишени, связанную с необходимостью учета кинетических и нелинейных эффектов, развитие численных схем и суперкомпьютеров позволяет проводить моделирование процессов из первопринципов, с использованием кодов "частица-в-ячейке" (PIC кодов). При этом трехмерные расчеты требуют значительных численных ресурсов, в первую очередь объемов оперативной памяти (объем характерной задачи составляет более 200 Гб) и числа процессоров (типичная трехмерная задача может быть посчитана за разумное время только на нескольких тысячах узлов). Для численного моделирования взаимодействия интенсивного лазерного излучения с мишенями различной формы и состава нами используется параллельная программа "Мандор", решающая трехмерную релятивистскую систему уравнений Максвелла-Власова методом "частица-в-ячейке" и апробированная на ряде успешно решенных задач физики взаимодействия коротких лазерных импульсов с плазмой. С помощью трехмерного численного моделирования нами были объяснены результаты ряда экспериментальных работ по ускорению электронов и ионов, найдены оптимальные условия ускорения ионов до максимальных энергий из тонких фольг, микро-структурированных и пространственно-ограниченных мишеней, а также получена зависимость роста максимальной энергии протонов, ускоренных из пластиковых мишеней, с энергией лазерного импульса.

Ссылки по теме работы:

10 декабря 2013 г.

День высокопроизводительных вычислительных технологий NVIDIA в МГУ

1. 16:30-16:45
Вступительное слово от компании NVIDIA и CUDA Center of Excellence МГУ
Новости NVIDIA из области вычислений на GPU

2. 16:45-17:30
Награждение и презентации проектов призеров конкурса "GPU: серьезные ускорители для больших задач"

3. 17:30-18:00
Демонстрация технологии NVIDIA GRID (http://www.nvidia.ru/grid)

Подробная информация: http://ccoe.msu.ru/ru/node/51

26 ноября 2013 г.

1. 16:30-17:15
Кругляков М.С., к.ф.-м.н., н.с. ВМК МГУ
Коротаев С.М., д.ф.-м.н., зав. лаб. ЦГЭМИ ИФЗ РАН
Орехова Д.А., асп. ИФЗ РАН
Щорс Ю.Г., д.ф.-м.н., нач. отдела НИЦ "Курчатовский Институт"
Практика использования суперкомпьютеров в решении трехмерных задачах электромагнитной геофизики методом интегральных уравнений
(презентация, 6 Мб)

Использование интегральных уравнений для решения практических задач электромагнитного зондирования стало возможным лишь с появлением суперкомпьютеров. Это вызвано тем, что численное решение интегральных уравнений означает численное решение систем с плотной матрицей большого порядка: от сотен тысяч до сотен миллионов. Соответствующие матрицы находятся в специальном "упакованном" формате, основанном на их внутренней симметрии и представлении в виде произведений и сумм матриц специального вида. Но даже в этом случае речь идет о потребностях в сотни Гб, а то и несколько Тб оперативной памяти, что может быть обеспеченно только за счет распределенного хранения. Такое распределенное хранение, в свою очередь приводит к необходимости создания специальных вычислительных алгоритмов для выполнения операции произведения матрицы на вектор, которая лежит в основе любого итерационного процесса решения системы линейных уравнений.

В течении последних нескольких лет интегральные уравнения были основным инструментом авторов, использовавшимся ими для моделирования и первичной интерпретации электромагнитных зондирований Кольского полуострова мощным искусственным источником. При этом использовалась проприетарная программа PIE3D, разработанная консорциумом CEMI. В ходе многочисленных вычислительных экспериментов была показана практическая применимость метода интегральных уравнений для решения практических задач электромагнитного зондирования и возникла потребность в создание собственной программы решения трехмерных векторных интегральных уравнений электродинамики GIEM2G, которая сейчас находится в финальной стадии тестирования.

Ссылки по теме работы:

2. 17:15-18:00
Суплатов Д.А., к.х.н., с.н.с. НИИ ФХБ имени А.Н.Белозерского МГУ
Швядас В.К., проф., д.х.н., ФББ и НИИ ФХБ имени А.Н.Белозерского МГУ
Высокопроизводительные вычисления в биоинженерии и биоинформатике для анализа больших суперсемейств ферментов и дизайна биокатализаторов с улучшенными свойствами

Установление связи между структурной организацией ферментов и их функциональными свойствами представляет одну из фундаментальных проблем современной физико-химической биологии. С использованием суперкомпьютерного комплекса Московского государственного университета для изучения структурно-функциональных взаимосвязей в больших суперсемействах ферментов был разработан комплексный подход, основанный на использовании компьютерных методов биоинформатики, молекулярного моделирования и вычислительной химии в сочетании с экспериментальными методами энзимологии, молекулярной биологии и биоинженерии. Предложенный метод биоинформатического анализа был использован для изучения структурных факторов, определяющих функциональные различия ферментов суперсемейств альфа/бета-гидролаз, Ntn-гидролаз и пенициллинсвязывающих белков, а также получения препаратов ферментов с улучшенными свойствами.

Биоинформатический анализ функционально разнообразных суперсемейств может быть использован при изучении эволюции ферментов, особенностей структурной организации их активных центров и механизма действия. Понимание путей эволюции ферментов и роли специфических позиций подсемейств в этом процессе может стать основой для создания ферментов с заданными свойствами и проведения ранее неизвестных биокаталитических превращений.

Ссылки по теме работы:

12 ноября 2013 г.

1. 16:30-17:15
Галанин М.П., д.ф.-м.н., профессор, зав. отделом ИПМ им. М.В. Келдыша РАН
Некоторые задачи для высокопроизводительных вычислений
(презентация, 5 Мб)

Доклад носит обзорный характер и представляет некоторые выполненные с коллегами работы докладчика, посвященные указанной тематике.

1. Комплекс программ CaPpaPI для проведения вероятностных расчетов термомеханики тепловыделяющих элементов. Представлен программный код CaPpaPI (Complex of Programs for Probability Investigations), реализующий алгоритм вероятностных расчетов поведения твэла на основе метода Монте-Карло с использованием существующих кодов и объединяющий их в единое целое. Представлены описание многовариантного расчета решения задачи и интерфейс. Приведены результаты работы. Учитываются неопределенности параметров, погрешности эмпирических корреляций и погрешности моделей. Код позволяет получать реалистичные оценки основных критериальных параметров твэлов, например в авариях, с оценками их неопределенностей в виде границ доверительного интервала с заданным уровнем доверия.

2. Метод конечных суперэлементов Федоренко (МКСЭ) и его применения для решения задач науки и техники. МКСЭ входит в класс методов, основанных на декомпозиции области в сочетании с выбором особой аппроксимации решения, учитывающей свойства задачи. При этом приближенное решение может быть найдено в виде линейной комбинации специальных базисных функций, которые являются решением рассматриваемого уравнения в суперэлементе с некоторыми граничными данными Дирихле. Граничные данные можно выбрать многими способами так, чтобы результирующий набор функций обладал аппроксимирующими свойствами. Описан алгоритм построения и исследования аппроксимаций МКСЭ. Приведены результаты численного решения.

3. Математическое моделирование канализированных радиационно ускоренных выбросов в астрофизических системах. Цель - моделирование процессов образования, коллимации и ускорения астрофизических струйных выбросов (джетов) около компактных объектов. Спецификой джетов являются высокая скорость вещества выброса, высокая степень коллимации струи, большая протяженность, "узловая" структура. Построены МГД и радиационная МГД модели образования, коллимации и ускорения плазменного выброса. Разработаны численные методы решения системы уравнений МГД и переноса излучения в двумерной осесимметричной постановке на треугольной неструктурированной сетке. Методы реализованы в виде программного комплекса для высокопроизводительных систем, в том числе использующих графические ускорители. Получен устойчивый во времени хорошо коллимированный выброс плазмы. Зафиксированы всплески скорости выброса, приводящие к образованию сгустков. Ускорение вещества достигается за счет давления излучения.

2. 17:15-18:00
Бикулов Д.А., физфак МГУ
Макаров С.С., к.ф.-м.н.
Грачёв Н.Е., к.ф.-м.н., руководитель группы, ЛУКОЙЛ-Инжиниринг
Грачёв Е.А, к.т.н., доцент, физфак МГУ
Губский Л.В., д.м.н., профессор, зав.кафедрой РНИМУ им. Н.И. Пирогова
Суперкомпьютерное моделирование естественных систем
(презентация, 1 Мб)

Доклад посвящен применению гибридных суперкомпьютерных технологий в задачах моделирования сложных естественных систем: течения в поровом пространстве горной породы и распространения поражения при инсульте головного мозга человека. Продемонстрирована единообразность суперкомпьютерной реализации для этих задач. Расчеты производились на суперкомпьютере "Ломоносов".

1. Определение зависимости проницаемости от пористости на основе данных компьютерной томографии образца породы. Абсолютная проницаемость определяется с помощью моделирования течения с помощью метода решеточных уравнений Больцмана. Реализация модели оптимизирована для работы на системах с множеством графических ускорителей. Представлены результаты моделирования для разных образцов и разных размеров фрагментов образцов.

2. Модель ишемического инсульта. Рассматривается математическая модель ишемического инсульта головного мозга. Модель имеет блочную структуру и состоит из трех взаимосвязанных частей: совокупность нейронов, совокупность астроцитов и вмещающее их межклеточное пространство. Каждый из блоков обладает внутренней параллельностью и в то же время в пределах одного временного шага может выполняться независимо от других, что обеспечивает дополнительный уровень параллелизма. Полученные на тестовой реализации результаты находятся в качественном согласии с известными фактами из нейробиологии.

29 октября 2013 г.

1. 16:30-17:15
А.А. Новосёлов, ведущий инженер ИТПМ МГУ
О.В. Павловский, к.ф.-м.н., с.н.с. ИТПМ МГУ
Применение суперкомпьютерных технологий и технологии CUDA для PIMC моделирования в физике конденсированного состояния вещества на примере металлического водорода
(презентация, 4 Мб)

В современной физике конденсированного состояния вещества важнейшее место занимают методы численного моделирования. Вычисление интеграла по траекториям методом Монте-Карло (PIMC) – достаточно простой и в то же время эффективный способ симуляции систем, исходя из основных принципов квантовой механики. Однако высокая производительность может быть получена только при тщательном подборе алгоритмов и их параметров. В частности, многоуровневый алгоритм позволяет радикально увеличить производительность и решить проблему автокорреляций. В результате становится возможным точное описание систем и их корректное описание вблизи фазовых переходов.

С вычислительной точки зрения важнейшим достоинством метода PIMC является простота распараллеливания задачи. Для получения ответа необходим набор большой статистики, которая может набираться одновременно на разных вычислительных узлах. Вблизи фазового перехода можно существенно повысить эффективность, введя взаимодействие этих узлов. На низком уровне для систем многих частиц и при применении многоуровневого алгоритма метод PIMC также удобен для распараллеливания. На этом уровне удобно и выгодно использовать технологию CUDA, так требуется производить большой объём простых вычислений с общими данными.

Также будут показаны результаты применения описанных методов и алгоритмов для описания модели металлического водорода при высоких температурах и плотностях.

2. 17:15-18:00
С.Ю. Романов, к.ф.-м.н., в.н.с. НИВЦ МГУ
А.В. Гончарский, д.ф.-м.н., проф., зав. лаб. НИВЦ МГУ
Суперкомпьютерное моделирование в обратных задачах ультразвуковой томографии
(презентация, 12 Мб)

Доклад посвящен разработке эффективных методов решения прямых и обратных задач волновой томографии в постановке нелинейных коэффициентных обратных задач для скалярного волнового уравнения. Подход основан на возможности прямого вычисления градиента функционала невязки через решение сопряженной задачи. Обратные задачи рассматриваются как в двумерной, так и в трехмерной постановке, в том числе для неполного набора данных и для сред с поглощением. Рассмотрены вопросы оптимизации параметров томографического эксперимента. Одним из основных применений полученных результатов является ультразвуковая томография в медицине. Для решения задач предложены эффективные численные алгоритмы для суперкомпьютеров, в том числе на графических картах.

15 октября 2013 г., 16:30

Jack Dongarra
University of Tennessee, Oak Ridge National Laboratory, USA

Algorithmic and Software Challenges when Moving Towards Exascale
(презентация, 9 Мб)

In this talk we examine how high performance computing has changed over the last 10-year and look toward the future in terms of trends. These changes have had and will continue to have a major impact on our software. Some of the software and algorithm challenges have already been encountered, such as management of communication and memory hierarchies through a combination of compile-time and run-time techniques, but the increased scale of computation, depth of memory hierarchies, range of latencies, and increased run-time environment variability will make these problems much harder.

1 октября 2013 г.

1. 16:30-17:15
Теплухин А.В., к.ф.-м.н., с.н.с. ИМПБ РАН, г. Пущино
Параллельные вычисления в задачах молекулярного моделирования методом Монте-Карло
(презентация, 4 Мб)

Краткое введение в молекулярное моделирование методом Монте-Карло: атом-атомные потенциалы, термодинамические средние, метод цепей Маркова, алгоритм Метрополиса, структура типичной "последовательной" программы и её вычислительная сложность.

Проблема надежности результатов расчетов: как обеспечить представительность выборки молекулярных конфигураций? Основные направления действий - снижение затрат времени на получение очередной молекулярной конфигурации и повышение эффективности "сканирования" конфигурационного пространства.

Основной инструмент в рамках первого направления - распараллеливание программных циклов. Декомпозиции по частицам и по пространству. Проблема зависимости по данным в цепи Маркова. "Большие модели" и распределенные вычисления. Результаты тестирования различных алгоритмов расчета термодинамических характеристик воды на быстродействие и масштабируемость (до 8000 процессорных ядер).

Второе направление связано с решением проблемы квазинеэргодичности вычислительного процесса. Моделируемая система может оставаться "запертой" в каком-либо малопредставительном метастабильном состоянии даже после нескольких месяцев счета. Один из способов решения этой проблемы - использование системы метрополисовски-сопряженных марковских цепей (метод реплик). В этом случае выполняется одновременное моделирование нескольких десятков "клонов" модели, различающихся по температуре. Совершая по определенным правилам обмен температурами, клоны осуществляют случайное блуждание в пространстве температур (от целевой до самой верхней и обратно), реализуя тем самым возможность быстро преодолевать барьеры между локальными минимумами энергии.

В качестве иллюстрации будут представлены результаты расчета термодинамических характеристик воды (плотность, теплоемкость и др.) в широком диапазоне температур (от 70 до 530К).

Все расчеты выполнены на суперкомпьютере "Ломоносов" МГУ. Программы написаны автором (fortran77+MPI1.2).

2. 17:15-18:00
Катушкина О.А., мехмат МГУ, м.н.с. ИКИ РАН
Измоденов В.В., д.ф.-м.н., профессор мехмата МГУ, зав.лаб. ИКИ РАН
Алексашов Д.Б., к.ф.-м.н., с.н.с. ИКИ РАН
Малама Ю.Г., к.ф.-м.н., с.н.с. ИКИ РАН
Межзвездные атомы водорода в Солнечной системе: способ диагностики параметров межзвездной среды и границы гелиосферы
(презентация, 3 Мб)

Солнце и Солнечная система находятся внутри так называемого Локального Межзвездного Облака (ЛМО) и движутся сквозь него со скоростью ~25 км/с. Локальное Межзвездное Облако заполнено частично-ионизованной водородной плазмой. Кроме того, из Солнца постоянно истекает поток полностью ионизованной плазмы, который называется солнечным ветром. В результате, сферически-симметричный поток солнечного ветра сталкивается с параллельным набегающим потоком межзвездной среды. При таком взаимодействии образуется сложная газодинамическая структура гелиосферного ударного слоя. Межзвездные атомы водорода, которые являются основной нейтральной компонентой ЛМО, имеют большие длины свободного пробега сравнимые с характерным размером гелиосферного ударного слоя. Поэтому нейтральные атомы относительно свободно проникают из межзвездной среды внутрь Солнечной системы, и часть из них попадает в окрестность Солнца, где они измеряются с помощью прямых или косвенных методов на различных космических аппаратах. Внутри гелиосферы (т.е. области космического пространства занятой солнечным ветром) межзвездные атомы являются источником информации, как о параметрах локальной межзвездной среды, так и о структуре гелиосферного ударного слоя. В последнее время интерес к исследованию границы гелиосферы значительно возрос, благодаря появлению новых уникальных данных с космических аппаратов Voyager-1,2 и Interstellar Boundary Explorer (IBEX).

В докладе рассматривается трехмерная нестационарная кинетическая модель распределения межзвездных атомов водорода в гелиосфере. Исследуются кинетические эффекты, связанные с перезарядкой межзвездных атомов на протонах в области гелиосферного ударного слоя. На основе разработанной модели проводится анализ данных с космического аппарата SOHO/SWAN по рассеянному солнечному Лайман-альфа излучению. Рассмотрен способ удаленной диагностики гелиоширотных и временных вариаций потока массы солнечного ветра, основанный на анализе полных карт неба в интенсивности рассеянного Лайман-альфа излучения. Все расчеты выполнялись на суперкомпьютерах "Ломоносов" и "Чебышев" МГУ.

28 ноября 2012 г., 16:30

Thomas Sterling
Professor, School of Informatics and Computing, Indiana University
Associate Director, Center for Research in Extreme Scale Technologies, Indiana University
Fellow, Computer Science Research Institute, Sandia National Laboratories

The XPRESS Track to Exascale System Development

The continuing growth of computing performance enabled through advances in semiconductor (Moore’s Law) and communication technology is obstructed by encroaching limitations of power consumption and reliability. Further progress may demand possibly dramatic changes in system structure, both hardware and software, and programming models and methods. While the field of HPC has undergone such paradigm shifts before, the most recent was two decades ago. Now early symptoms of change are manifest in such structures as multicore processors and GPU accelerators as exemplified by Titan, the premier system on the Top-500 list. This presentation will discuss the technical strategy of the DOE XPRESS Project recently initiated under the US DOE X-Stack Program to develop concepts and elements of future programming models and the system software stack. XPRESS is developing two new software components, the HPX runtime system and the LXK operating system to provide a dynamic execution environment capable of unprecedented scalability. These are based on the experimental ParalleX execution model. Also described is a low-level interface, XPI, also being formulated to serve as a source-to-source compiler target from high-level languages to the runtime system software as well as a low-level application programming interface for early experimental code development. The goal of these complementing system software components is to greatly enhance computing node efficiency and scalability while improving both power and reliability of exascale system operation.

Семинар пройдет в большом конференц-зале НИВЦ МГУ!

6 ноября 2012 г.

1. 16:30-17:15
В.А. Титарев, к.ф.-м.н., в.н.с. ВЦ РАН им. А.А. Дородницына
Разработка численных методов и универсального пакета программ для решения задач кинетической теории газов, аэроакустики и гиперзвуковой аэродинамики
(презентация, 3.5 Мб)

В докладе будет отражен опыт автора в разработке универсального программного комплекса программ "Несветай" для решения гиперболических уравнений. Отличительными особенностями создаваемого комплекса являются поддержка форматов ведущих пакетов сеткопостроителей, реализация явной и неявной схем высокого порядка аппроксимации на произвольных неструктурированных сетках и эффективное распараллеливание решателя на основе технологии MPI. Будут представлены результаты решения модельных и прикладных задач кинетической теории газов, аэроакустики и гиперзвуковой аэродинамики, включая тесты на сходимость неявных методов к стационарному решению и масштабируемость кода на системах Суперкомпьютерного комплекса Московского университета.

2. 17:15-18:00
В.М. Степаненко, к.ф.-м.н., с.н.с. НИВЦ МГУ
Численные модели гидрологических процессов для задач прогноза погоды и климата
(презентация, 5.6 Мб)

В докладе рассматриваются математические модели гидрологических процессов на суше, которые используются в современных системах прогноза погоды и моделях климата. Приводятся физические основы построения таких моделей, детали их численной реализации, в том числе на многопроцессорных вычислительных системах.

30 октября 2012 г.

1. 16:30-17:15
М.И. Поликарпов, д.ф.-м.н, проф., нач.лаб. ИТЭФ
Моделирование электронных свойств однослойного и многослойного графена
(презентация, 20 Мб)

В проекте моделируются электронные свойства однослойного и многослойного графена с помощью методов решеточной квантовой теории поля. Исследование весьма актуально, так как электронные свойства (проводимость и др.) двумерного материала – графена чрезвычайно важны для инженерно-технических приложений и разработок. Необходимость численного моделирования свойств графена диктуется существующей в настоящее время неопределенностью в экспериментальных результатах и отсутствием адекватных аналитических подходов к проблеме. Работы выполняются с использованием высокопроизводительных ресурсов СКЦ МГУ.

2. 17:15-18:00
А.А. Аксенов, к.ф.-м.н., тех.дир. ООО "ТЕСИС"
Решение задач промышленной аэро- и гидродинамики на суперкомпьютере "Ломоносов"
(презентация, 44 Мб)

Доклад посвящен программному комплексу FlowVision. Программный комплекс FlowVision предназначен для численного моделирования движения жидкости и газа в задачах промышленной аэро- и гидродинамики. В докладе приводится архитектура программного комплекса, описание возможностей численного моделирования и используемых численных методов решения систем уравнений. Описаны практически важные задачи, решенные на суперкомпьютере "Ломоносов" для нужд отечественной промышленности.

16 октября 2012 г.

1. 16:30-17:15
В.М. Волохов, д.ф.-м.н., зав. отделом ИПХФ РАН
Д.А. Варламов, с.н.с. ИПХФ РАН
А.В. Пивушков, к.ф.-м.н., с.н.с. ИПХФ РАН
Г.А. Покатович, зав. ВЦ ИПХФ РАН
А.В. Волохов, н.с. ИПХФ РАН
А.И. Прохоров, н.с. ИПХФ РАН
Вычислительная химия и Grid: история, достижения, перспективы
(презентация, 8 Мб)

В докладе рассматривается развитие грид-технологий в области вычислительной химии на российских грид-полигонах. Основное внимание уделено разработкам авторов и их участию в развитии российских грид-сетей. Проведен анализ современного состояния, проблем и перспектив развития прикладных вычислений на российском грид-сегменте.

2. 17:15-18:00
В.А. Ильин, д.ф.-м.н.
Грид-технологии и бозон Хиггса

Компьютерная инфраструктура ЦЕРНа, включающая собственно ВЦ ЦЕРНа и более чем 150 вычислительных центров во всем мире, работает согласованно на основе современных грид-технологий. Эта глобальная грид-инфраструктура является одним из ключевых инструментов, позволяющая физикам делать новые фундаментальные открытия, подобно открытой в этом году новой элементарной частице, которая, скорее всего, является бозоном Хиггса. В докладе будет рассмотрено, как данная инфраструктура работает на практике.

2 октября 2012 г.

1. 16:30-17:15
Ф.И. Атауллаханов, д.б.н., профессор МГУ, директор ЦТП ФХФ РАН
Как клетка делится

Один из самых загадочных и критических процессов в делении клетки - процесс расхождения хромосом. За последние 5-6 лет был в значительной степени выяснен механизм работы двигателя, обеспечивающего движение хромосом. Оказалось, что хромосомы двигает машина, механизм работы которой уникален и не имеет аналогов ни в биологии, ни в технике, ни в других областях науки. Главными движителями хромосом являются микротрубочки. Эти же трубки, имеющие диаметр в 25 нм и состоящие из одного белка - тубулина, вместе с белками кинетохорного комплекса хромосом успешно решают задачи правильной сегрегации хромосом в митозе. В процессе этой работы огромную роль сыграли математические модели, описывающие динамику процесса на разных уровнях. Численное исследование этих моделей стало возможно только с появлением параллельных вычислений. Как микротрубочки двигают хромосомы, как это было выяснено, какие модели и как использовались, и будет рассказано в докладе.

2. 17:15-18:00
К.В. Сомик, д.э.н., к.т.н., профессор МГИУ
Методы и алгоритмы отсева составных чисел Мерсенна рекордной длины на базе Суперкомпьютерного комплекса МГУ (1 этап проекта Триамер)
(презентация, 300 Кб)

Излагаются теоретические и алгоритмические новации, используемые в программе Trimr_sv, которые обеспечивают значительное ускорение процесса отсева составных чисел Мерсенна рекордной длины (p>43112609) в режиме параллельных вычислений. Приводятся результаты обработки больших массивов чисел Мерсенна с помощью данной программы на СКК МГУ, а также сравнительная оценка быстродействия Trimr_sv.

С 16:00 - чай, кофе.

29 мая 2012 г.

1. 16:30-17:15
А.К. Шайтан, Биологический факультет МГУ, в.н.с., к.ф.-м.н.
Молекулярное моделирование в решении ряда задач молекулярной биологии и бионанотехнологии
(презентация, 28 Мб)

В докладе обсуждаются возможности методов атомистического молекулярного моделирования (молекулярная механика, динамика, методы ланжевеновской и диссипативной динамики) с использованием суперкомпьютерных технологий для описания структуры, функций и свойств биологических и гибридных молекулярных систем. Обсуждается место методов моделирования в общем теоретико-экспериментальном подходе на примере изучения ряда систем: амилоидоподобных фибрилл, ионных каналов, ДНК-белковых комплексов. Рассматриваются вопросы использования методов моделирования для предсказания структуры при агрегации белков и гибридных молекул в надмолекулярные структуры, изучения функции белков на основе известной кристаллической структуры, описания функциональных взаимодействий в макромолекулярных комплексах. Обсуждаются вопросы высококачественной визуализации строения сложных биомолекулярных объектов с помощью рей-трейсинга. Дополнительная информация по ссылкам http://molsim.org, http://www.youtube.com/molsimmsu.

2. 17:15-18:00
Д.В. Зленко, к.б.н., н.с. Биологического ф-та МГУ;
П.А. Мамонов, н.с. Биологического ф-та МГУ;
А.М. Нестеренко, м.н.с. НИИФХБ им. А.Н. Белозерского МГУ;
П.М. Красильников, к.ф-м.н., доцент Биологического ф-та МГУ
Моделирование влияния окружения на функциональную активность биологических молекулярных систем
(презентация, 4 Мб)

В докладе будет поставлена проблема исследования взаимодействия макромолекул и их комплексов с окружением, а также взаимодействия активного центра белка с остальной глобулой. Будут продемонстрированы методические подходы, позволяющие решать нетривиальные задачи молекулярного моделирования, в частности, задачи конформационного поиска. Будут продемонстрированы некоторые результаты, полученные при моделировании взаимодействия белков с различными окружениями. Также будут обсуждаться методы расчета электрических свойств молекулярных поверхностей и особенности моделирования интерфейсов липид-вода и белок-вода.

С 16:00 - чай, кофе.

15 мая 2012 г.

1. 16:30-17:15
Р.А. Ибраев, ИВМ РАН, г.н.с., член-корр. РАН
В.В. Калмыков, ВМК МГУ, аспирант
Р.Н. Хабеев, Мехмат МГУ, аспирант
К.В. Ушаков, Институт океанологии им. П.П. Ширшова, н.с., к.ф.-м.н.
Вихреразрешающая 1/10° модель Мирового океана: физика, вычислительные технологии
(презентация, 5 Мб)

В работе рассматривается задача построения модели Мирового океана высокого пространственного разрешения. Обсуждаются физические процессы, которые необходимо воспроизвести для адекватного моделирования крупномасштабной динамики океана. Рассматриваются математические и вычислительные задачи, возникающие при построении модели.

Приводятся первые результаты по воспроизведению внутригодовой изменчивости циркуляции вод Мирового океана с применением вихреразрешающей модели с разрешением 1/10° по горизонтали.

2. 17:15-18:00
Б.И. Краснопольский, с.н.с. лаборатории общей аэродинамики НИИ механики МГУ, к.ф.-м.н.
О реализации численных методов решения СЛАУ на основе гибридных моделей программирования
(презентация, 1.3 Мб)

В докладе будут представлены текущие результаты разработки и реализации ряда численных методов для решения систем линейных алгебраических уравнений (СЛАУ) в рамках гибридных моделей программирования. Рассматриваются достоинства и недостатки некоторых подходов, в том числе используемых в свободно-распространяемых библиотеках численных методов (MPI+OpenMP, MPI+Posix ShM), применительно к NUMA-архитектуре. Обсуждается ряд алгоритмических модификаций численных методов и особенностей реализации, направленных на улучшение параметров масштабируемости.

С 16:00 - чай, кофе.

24 апреля 2012 г.

1. 16:30-17:15
Т.С. Зюбина, к.х.н., с.н.с. лаб. ионики твердого тела ИПХФ РАН
Водородная энергетика: квантово-химическое моделирование адсорбционных процессов и ионного транспорта в протонпроводящих полимерных топливных элементах
(презентация, 8 Мб)

Одним из основных источников удешевления водородных топливных элементов является модернизация используемых в них платиновых катализаторов. На сегодняшний день наиболее перспективны композитные системы с использованием наноразмерных кластеров платины, нанесенных на оксидные носители; в этом случае количество платины может быть снижено на один-два порядка. Однако для создания эффективных и долговечных катализаторов необходимо определить влияние строения поверхности оксида и наличия примесей в нем на энергетику взаимодействия с наночастицами платины, изучить влияние строения поверхности частиц платины и носителя на характер взаимодействия активируемых молекул с катализатором, исследовать различные каналы ионного транспорта и механизмы формирования продуктов окисления на поверхности катализатора.

В докладе будет представлено использование метода функционала плотности с учетом периодических граничных условий с базисом проектированных присоединенных плоских волн для моделирования транспортных процессов, происходящих на молекулярном уровне в протонпроводящих полимерных топливных элементах.

2. 17:15-18:00
И.С. Мануйлович, к.ф-м.н., н.с. НИИ механики МГУ
В.А. Левин, академик, профессор, д.ф.-м.н., зав.лаб. НИИ механики МГУ
В.В. Марков, д.ф.-м.н., в.н.с. НИИ механики МГУ
Программный комплекс для высокопроизводительных расчетов пространственных течений реагирующих сред
(презентация, 9 Мб)

В докладе описывается разработанный коллективом авторов программный комплекс с современным графическим интерфейсом для моделирования 1D, 2D и 3D течений многокомпонентных инертных и реагирующих газовых смесей в открытом пространстве, в камерах и каналах со сложной геометрией, включая процессы с ударными и детонационными волнами. При моделировании используются уравнения Эйлера совместно с уравнениями химической кинетики горения, описывающие нестационарные двумерные (плоские или осесимметричные) и трехмерные течения. Используются подвижные структурированные многоблочные расчетные сетки с любой степенью связности и с произвольными криволинейными границами, задаваемыми параметрически. На основе MPI реализована возможность проведения расчетов трехмерных течений реагирующих газовых смесей на нескольких тысячах процессорных ядер на сложных криволинейных сетках, состоящих из нескольких миллиардов ячеек. Будут представлены результаты расчетов ряда задач, в том числе полученные на суперкомпьютере "Ломоносов".

С 16:00 - чай, кофе.

10 апреля 2012 г.

1. 16:30-17:15
В.В. Измоденов, профессор Механико-математического ф-та МГУ, зав. лаб. ИКИ РАН, в.н.с. ИПМех РАН
Граница гелиосферы: многомерное кинетико-магнитогидродинамическое моделирование и эксперимент
(архив презентации, 41 Мб)

Граница гелиосферы определяется взаимодействием солнечного ветра с локальной межзвездной средой (ЛМС) и является переходной областью от солнечного ветра к межзвездной среде. Эта переходная область находится на расстояниях от 90 а.е. до 300 а.е., и её часто называют гелиосферным ударным слоем, так как со стороны Солнца она ограничена гелиосферной ударной волной. Начиная с 2004 г. интерес к исследованию границы гелиосферы существенно вырос в связи с тем, что два космических аппарата (Voyager 1 и 2) пересекли гелиосферную ударную волну и вошли переходную область. Активные исследования границы гелиосферы начались и с орбиты Земли после запуска КА Interstellar Boundary Explorer (IBEX) осенью 2008 г.

В докладе будут представлены основные теоретические подходы к моделированию взаимодействия солнечного ветра с локальной межзвездной средой. Будут обсуждаться экспериментально подтвержденные предсказания, полученные в рамках многомерных многокомпонентных кинетико-газодинамических моделей взаимодействия солнечного ветра с ЛМС, а также трудности и проблемы существующих моделей и пути их развития. Будут представлены первые результаты, полученные на КА IBEX, а также их анализ на основе разработанных кинетико-газодинамических моделей.

2. 17:15-18:00
В.В. Стегайлов, к.ф.-м.н., доцент, зав.лаб. ОИВТ РАН
Атомистическое моделирование в материаловедении: радиационные повреждения, электрохимия, высокие плотности энергии и супрамолекулярные системы
(архив презентации, 13 Мб)

Продолжающееся непрерывное развитие теоретических и вычислительных методов атомистического моделирования на протяжении последних десятилетий обеспечивает основу средств анализа и прогноза для физики конденсированного состояния, материаловедения, химии, молекулярной биологии и нанотехнологий. Свойства материалов определяются откликом многоатомной системы на изменение внешних условий. Вообще говоря, для теоретического описания данного отклика не может быть достаточно методов кинетики и теории сплошных сред, а нужен выход на атомистический уровень описания. В докладе будут представлены результаты исследования классических и квантовых атомистических моделей радиационных повреждений, электрического двойного слоя, взаимодействия лазерного излучения с веществом и газовых гидратов.

С 16:00 - чай, кофе.

27 марта 2012 г.

16:30-18:00
А.Р. Хохлов, академик, проректор МГУ
Компьютерное моделирование полимерных систем и "мягкой материи"
(презентация: без видео - 19 Мб, c видео - 478 Мб)

В докладе будут представлены недавние результаты в области компьютерного моделирования полимеров и "мягкой материи", полученные на суперкомпьютере "Ломоносов". Использовались методы классической, квантовой и реакционной молекулярной динамики, диссипативной динамики частиц, самосогласованного среднего поля, динамического функционала плотности и другие. Компьютерные реализации ряда упомянутых выше методов основаны на собственных разработках с оптимальным распараллеливанием вычислений. Будут рассмотрены результаты моделирования различных форм самоорганизации полимерных систем, свойств полимерных нанокомпозитов, топливных элементов, биомиметических гибридных систем.

С 16:00 - чай, кофе.

13 марта 2012 г.

1. 16:30-17:15
В.Л. Макаров, д.ф.-м.н., академик, ЦЭМИ РАН
А.Р. Бахтизин, д.э.н., ЦЭМИ РАН
Новый инструментарий в общественных науках - агент-ориентированные модели. Опыт использования суперкомпьютеров и ГИС для агентных моделей
(презентация, 160 Кб)

В рамках доклада будут рассмотрены агент-ориентированные модели (agent based models), относящиеся к классу моделей, основанных на индивидуальном поведении агентов и создаваемых для компьютерных симуляций. Основная идея, лежащая в основе агентных моделей, заключается в построении вычислительного инструмента, представляющего собой совокупность агентов с определенным набором свойств и позволяющего проводить симуляции реальных явлений. Также предлагается проанализировать опыт запуска агентной модели на суперкомпьютере и рассмотреть возможность использования геоинформационных систем в рамках моделей этого класса.

2. 17:15-18:00
А.В. Головин, с.н.с, к.х.н., ФББ МГУ, НИИ ФХБ МГУ
Р.В. Решетников, докторант, к.ф-м.н., ФББ МГУ
Молекулярное моделирование лекарств нового типа на основе малых нуклеиновых кислот
(презентация, 8 Мб)

Сегодня известно множество фактов о роли малых нуклеиновых кислот (НК) в регуляции различных процессов в живых системах. Эти молекулы могут быть как природного, так и искусственного происхождения. Одна из важнейших задач при разработке терапевтического средства на основе малых НК - оптимизация и унификация процесса формирования третичной структуры. В нашей работе, посвящённой тромбиновому аптамеру (15-TBA), мы применили комбинацию моделирования молекулярной динамики (около 30 траекторий с суммарным временем наблюдения 4 µs) и гибридного квантово-механического и молекулярно-механического подхода для изучения процесса связывания катиона с тромбиновым аптамером на атомарном уровне. Наши наблюдения позволили предложить ряд очевидных модификаций в структуре аптамера для улучшения координации катиона. Нами были синтезированы несколько новых модификаций тромбинового аптамера, которые проявили лучшую, чем 15-ТВА, антикоагулянтную активность и эффективность самосборки.

С 16:00 - чай, кофе.

28 февраля 2012 г.

1. 16:30-17:15
Д.А. Черепанов, к.ф.-м.н., с.н.с., Институт физической химии и электрохимии им. А.Н.Фрумкина РАН
Использование суперкомпьютеров для изучения механизма действия и разработки ионных антиоксидантов нового поколения
(архив презентации, 228 Мб)

Метод молекулярно-динамического моделирования с использованием высокопроизводительных суперкомпьютеров позволяет изучать молекулярный механизм действия мембранных фармакологических препаратов - ионных антиоксидантов, способных избирательно накапливаться во внутренних мембранах митохондрий и защищать липиды мембран от перекисного окисления. Численное моделирование дает возможность количественно характеризовать процесс диффузии ионов через границу раздела фаз митохондриальных мембран с водой, исследовать влияние химической природы ионов на кинетические и энергетические параметры данных процессов и, в конечном счете, разрабатывать эффективные препараты с направленным фармакологическим действием. Описываемый подход был использован в рамках инновационного биомедицинского проекта "Ионы Скулачева".

2. 17:15-18:00
П.А. Моссаковский, Ф.К. Антонов, Л.А. Костырева, А.В. Инюхин, НИИ механики МГУ
Моделирование быстропротекающих динамических процессов в механике деформируемого твердого тела с использованием суперкомпьютерных технологий
(архив презентации, 20 Мб)

Применительно к ряду практически важных проблем виртуальное моделирование оказывается более предпочтительным по сравнению с традиционными экспериментальными и аналитическими методами исследования. К таким задачам относится, в частности, моделирование различного рода аварийных ситуаций, природных и техногенных катастроф, когда возможность проведения полномасштабных натурных экспериментов ограничена или в принципе невозможна. В докладе рассматривается ряд таких проблем, для решения которых невозможно обойтись без применения суперкомпьютерных технологий.

С 16:00 - чай, кофе.

14 февраля 2012 г.

1. 16:30-17:15
В.Ф. Копьев, начальник акустического отделения ЦАГИ, д.ф.-м.н., профессор
Аэроакустика: современные проблемы и перспективы
(презентация, 8 Мб)

Проблемы неблагоприятного акустического воздействия авиационной техники на людей и окружающую среду, включающие проблемы снижения аэродинамического шума, приобретают в последние годы все большую актуальность в связи с усилением борьбы человечества за улучшение экологической ситуации на планете. В представляемой работе проанализированы актуальные направления и подходы к решению аэроакустических задач и их взаимосвязь. Исследование этих сложных научных и технологических проблем отталкивается от существенно различных подходов к предмету, включающих поиск фундаментальных механизмов, лежащих в основе происходящих процессов, инженерных расчетов, отталкивающихся от конечного результата и соответствия изделия заданным нормам. Эти особенности в подходах отражают различную целевую функцию исследований, разделяющие результаты по уровню технологической готовности идеи, разработки или модели. Численное моделирование ставит целью объединить различные подходы к предмету.

2. 17:15-18:00
И.А. Абалакин, с.н.с., к.ф.-м.н., ИМП им. М.В.Келдыша РАН;
П.А. Бахвалов, аспирант, МФТИ;
А.П. Дубень, м.н.с., ИМП им. М.В.Келдыша РАН, аспирант, МГТУ СТАНКИН;
А.В. Горобец, с.н.с., к.ф.-м.н., ИМП им. М.В.Келдыша РАН;
Т.К. Козубская, зав. сект., д.ф.-м.н., ИМП им. М.В.Келдыша РАН;
Крупномасштабные расчеты задач аэродинамики и аэроакустики с повышенной точностью на неструктурированных сетках
(архив презентации, 60 Мб)

Доклад посвящен применению параллельных технологий, обеспечивающих эффективные расчеты задач аэродинамики и аэроакустики на суперкомпьютерах современной архитектуры. Численное моделирование проводится с использованием конечно-объемных схем, основанных на высокоточной реконструкции переменных вдоль направления ребер неструктурированной тетраэдральной сетки. Приводятся результаты моделирования турбулентных нестационарных течений и создаваемых ими акустических полей. Расчеты выполнялись на сетках размерностью до 100 млн элементов.

С 16:00 - чай, кофе.

6 декабря 2011 г.
Внимание! Изменено место проведения семинара, 6 декабря он пройдет в Большом конференц-зале НИВЦ МГУ (3 этаж).

1. 16:30-17:15
Мельник О.Э., НИИ механики МГУ, ЗАО "Т-Сервисы"
Суперкомпьютерное моделирование в задачах гидромеханики
(презентация, 1.5 Мб)

В докладе будет рассказано об опыте применения пакетов инженерного анализа для решения задач гидродинамики, возникающих в промышленных приложениях: водоочистки и водоподготовки, кораблестроения, аэродинамики зданий и сооружений, фотолитографии и других. Данные задачи характеризуются трехмерным турбулентным течением в областях сложной геометрии, наличием поверхности раздела сред и дисперсными включениями. Это предъявляет существенные требования к размерности расчетной сетки, порядку аппроксимации уравнений и устойчивости численных методов. Решение подобных задач в досуперкомпьютерную эру было сопряжено с большими временными затратами и было доступно в только для крайне ответственных производств. В настоящее время подобные расчеты становятся стандартом при проектировании новых изделий.

2. 17:15-18:00
Сёмин А.В., Intel, HPC Technology Manager, EMEA, Germany
Технологии Интел для высокопроизводительных вычислений

Доклад посвящен развитию архитектур Интел для систем высокопроизводительных вычислений, оптимизированных как для решения каждодневных задач в индустрии, так и для решения фундаментальных научных проблем, требующих сверхпетафлопного уровня производительности. В частности, будет рассказано о деталях ядра Sandy Bridge, поддерживающего новый набор инструкций Intel AVX. В докладе будут не только раскрыты направления развития аппаратной архитектуры процессоров, систем ввода-вывода и платформ, но и подняты вопросы эффективного программирования высокопроизводительных систем.

С 16:00 - чай, кофе.

22 ноября 2011 г.

1. 16:30-17:15
Лущекина С.В., Немухин А.В., Варфоломеев С.Д.,
Институт Биохимической физики им. Эмануэля РАН, Химический факультет МГУ
Холинэстеразы: решение фундаментальных и прикладных задач ферментативного катализа с использованием высокопроизводительных вычислений
(презентация, 19 Мб)

Доклад посвящен широкому спектру биомедицинских задач, связанных с ферментами, относящимися к семейству холинэстераз, и роли высокопроизводительных вычислений в их решении. Применение различных методов молекулярного моделирования позволяет наряду с исследованием фундаментальных закономерности ферментативного катализа изучать механизмы действия нервных ядов и искать пути защиты от них, а также вести разработку лекарственных препаратов для терапии болезни Альцгеймера.

2. 17:15-18:00
Лыкосов В.Н., ИВМ РАН, МГУ
Суперкомпьютерное моделирование в задачах физики климатической системы
(презентация, 23 Мб)

В докладе будет представлен краткий обзор современного состояния исследований по проблеме математического моделирования изменений климата. Особое внимание уделено разработке вычислительных технологий для оценки опасных региональных и локальных последствий глобального потепления в ХХI веке, в частности, на территории России. Интенсивное развитие вычислительной техники и совершенствование пространственного разрешения моделей дает возможность перевести многие моделируемые процессы из разряда подсеточных в класс явно разрешаемых моделью. В качестве инструмента разработки и верификации новых параметризаций предлагается использовать вихреразрешающие модели пограничного слоя атмосферы, явно воспроизводящие как большую часть мелкомасштабной турбулентности, так и крупномасштабные структуры.

С 16:00 - чай, кофе.

8 ноября 2011 г.

1. Григоренко Б.Л., Немухин А.В., Химический ф-т МГУ
Флуоресцентные белки в output-файлах "Чебышёва"-"Ломоносова"

Доклад посвящен расчетам свойств флуоресцентных белков методами квантовой и молекулярной механики с использованием суперкомпьютеров МГУ имени М.В. Ломоносова. Выделенные из природных организмов цветные белки, флуоресцирующие в видимом диапазоне спектра, широко используются в качестве биомаркеров в клеточной и молекулярной биологии. Современные методы молекулярного моделирования и активное применение высокопроизводительных вычислений позволяют не только интерпретировать результаты экспериментальных исследований биофизических и биохимических процессов в подобных системах, но и предсказывать новые варианты цветных белков с улучшенными свойствами.

2. Аксенов А.А., Жлуктов С.В., Москалев И.В., Шишаева А.С., ООО "Тесис"
Решение больших задач вычислительной гидродинамики в промышленных приложениях

Доклад посвящен решению задач движения жидкости и газа в различных промышленных приложениях с помощью программного комплекса FlowVision. Показано моделирование течения жидкости в ядерном реакторе, течение газа с дозвуковыми и сверхзвуковыми скоростями при обтекании самолетов, автомобилей и космических кораблей. Эти задачи требуют большой размерности расчетной сетки (десятки миллионов ячеек), которая позволяет учесть детали течения и особенности конструкции рассчитываемых объектов.

Первое заседание семинара - 25 октября 2011 г.

16.00-16.30		Чай, кофе...
16.30-17.15		Д.Б. Фиников, С.Л. Лангман, О.А. Силаенков, П.А.Гофман (ООО "Сейсмотек", ООО "Центр анализа сейсмических данных МГУ имени М.В.Ломоносова") "Обработка в реальном времени - необходимое условие решения обратной задачи сейсморазведки"
17.15-18.00		А.В.Гончарский (НИВЦ МГУ) "Суперкомпьютерные технологии в томографических исследованиях"