ИНФОРМАТИКА, ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА И

ИНФОРМАТИКА, ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА И

АВТОМАТИЗАЦИЯ

Математическое моделирование. Вычислительная и прикладная

математика для задач информатики

Предложены “мультиоператорные” разностные схемы, основанные на линейных комбинациях базисных операторов из однопараметрических семейств так называемых компактных разностных аппроксимаций. Разработаны два типа мультиоператорных “противопотоковых” схем для конвективных членов уравнений аэрогидродинамики и “центрированных” схем для уравнений механики деформируемых тел. Проведены численные исследования, показавшие, что применение мультиоператоров в случае параллельных вычислений может увеличить точность результатов на порядки (по сравнению с традиционными схемами) в случае фиксированного количества узлов сеток или уменьшить время счета на много порядков при фиксированной точности. (ВЦ РАН)

Рассмотрен процесс перемешивания контактирующих веществ. Исследована эволюция слоя перемешивания в течение продолжительного промежутка времени от многомодовых начальных возмущений в короткомасштабном и широкодиапазонном случаях. Впервые исследованы масштабно - инвариантные свойства спектральных и статистических характеристик турбулентного перемешивания. Найдены универсальные спектры, единым образом характеризующие турбулентность на всем автомодельном интервале. (ИАП РАН)

Аналитически и численно рассмотрена трехмерная нелинейная эволюция контактной границы, разделяющей разноплотные жидкости, в ходе развития рэлей-тейлоровской или рихтмайер-мешковской неустойчивостей. Выявлено, что разделение встречных потоков тяжелой и легкой жидкостей происходит не только в вершинах пузырей и струй, как это имеет место в двумерной геометрии, но и в седловых точках поверхности. (ИАП РАН)

С использованием новых вычислительных средств (МВС-1000М производительностью триллион операций в секунду с плавающей запятой, с двойной точностью) и новых технологий решен ряд фундаментальных и прикладных задач, относящихся к проблемам современной физики, механики, в том числе: изучению свойств веществ (и смесей), находящихся в экстремальных условиях, изучению взаимодействия излучения с веществом, проектированию способов кумуляции энергии, построению уточненных математических моделей расчета радиационных защит, моделированию структуры и динамики биомакромолекул, построению математических моделей и алгоритмов молекулярной динамики и другие. (ИПМ РАН, МСЦ)

Построены концептуальные модели управления стратегическими рисками аварий и катастроф в природной и техногенной среде, социальных нестабильностей. Создана система компьютерных моделей для описания, анализа, оценки и прогноза ряда катастрофических явлений. Результаты этого цикла исследований используются в настоящее время в МЧС РФ, Минпромнауки РФ, в других государственных органов. (ИПМ РАН)

Разработаны алгоритмы, математическое обеспечение и программные средства, позволяющие эффективно использовать параллельные вычислительные комплексы для моделирования широкого класса научно-технических проблем. На основе созданного программного обеспечения на отечественном суперкомпьютере МВС-1000М проведены исследования процессов электронного переноса в полупроводниковых наноструктурах, неустойчивых режимов в трехмерных потоках вязкого сжимаемого газа, обтекающего отдельные элементы сверхзвуковых летательных аппаратов, и др. (ИММ РАН)

Разработаны специальные классы аддитивных операторно-разностных схем для приближенного решения нестационарных задач, описываемых системами уравнений математической физики. На основе специального расщепления оператора задачи построены эффективные вычислительные алгоритмы, позволяющие перейти к решению сеточных задач для отдельных компонент. Предложенная методология реализована при решении системы уравнений Навье - Стокса для вязкой несжимаемой жидкости и для динамических задач теории упругости. (ИММ РАН)

Центральная научная и прикладная задача современной математической генетики состоит в том, чтобы находить в геномах организмов (прежде всего, бактерий) сигналы, которые запускают и приостанавливают производство химических веществ в клетке. Созданы модель, быстрый алгоритм и реализующая его многопроцессорная компьютерная программа для поиска регуляторных сигналов в геномах бактерий. На этой основе проведен анализ конкретных регуляторных систем, найдены новые регулируемые гены, а в ряде случаев – и новые регуляторные сигналы. (ИППИ РАН)

Разработана методика создания компьютерных моделей имплантатов по результатам компьютерной томографии для устранения посттравматических дефектов черепов. Результаты компьютерного моделирования используются для изготовления методом лазерной стереолитографии пластиковой модели имплантата и пресс-формы для формовки имплантата из биосовместимого материала. Методика проходит апробацию в НИИ нейрохирургии им. Н.Н.Бурденко РАМН. (ИПЛИТ РАН)

Теоретически обосновано и разработано программное обеспечение для разложений сложных сигналов в ряды временных экспонент с положительным вещественным показателем. Применение этих преобразований позволило избежать катастрофических вычислительных шумов в аналитических преобразованиях для численно-аналитических методов моделирования аналоговых СВЧ-микросхем с частотной модуляцией. (ЦПАП РЭА ИАП РАН)

Построены новые весовые модификации статистического моделирования эволюции ансамбля взаимодействующих частиц, связанного с приближенным решением нелинейного уравнения Больцмана. Весовой метод дает возможность эффективно изучать зависимость вычисляемых функционалов от параметров задачи, например, от параметров дифференциальных сечений взаимодействующих пар. (ИВМиМГ СО РАН)

В рамках метода дифференциальных связей разработан подход для обоснования процедуры замыкания моментных уравнений в теории турбулентности. Показано, что алгебраические параметризации для высших моментов интерпретируются как уравнения инвариантных многообразий, порожденные дифференциальной моделью. Исследование проводится на примере классической задачи теории свободных турбулентных потоков о развитии бессдвигового слоя смешения. Полученная редукция модели на инвариантном многообразии позволила найти, как автомодельные решения задачи, так и выделить класс явных решений. (ИВТ СО РАН)

С помощью вариационной формулировки граничных условий контактного взаимодействия упругопластических тел с учетом трения разработан новый вычислительный алгоритм, обладающий рядом преимуществ перед известными. Этот алгоритм обеспечивает выполнение дискретных ограничений в зоне контакта, условия неотрицательности контактного давления и условия противоположной направленности касательной скорости и касательного напряжения при проскальзывании. (ИВМ СО РАН)

Разработана качественная теория дифференциальных и разностных уравнений с условиями монотонности. Получены теоремы о дифференциальных и интегральных неравенствах, условия максимальности решений, полунепрерывности по начальным данным и возмущениям правой части, установлены инвариантные множества, связанные с областями знакопостоянства правых частей. Исследованные классы уравнений применяются в качестве систем сравнения в методе векторных функций Ляпунова, а также описывают динамические процессы в экономике, биологии, теории игр и др. (ИДСТУ СО РАН)

Разработан новый эффективный метод оптимального синтеза апертуры и формы поверхности зеркала для формирования луча с главным лепестком любой заданной формы, размера и качества. Быстродействие метода позволяет в реальное время обсчитывать много вариантов решения с различными начальными условиями и в диалоговом режиме выбирать оптимальный по точности воссоздания требуемой формы главного лепестка. (ИММ УрО РАН)

Разработаны и исследованы эффективные численные алгоритмы решения пространственных задач дифракции акустических и упругих волн в бесконечных горизонтально-слоистых средах с включениями. (ВЦ ДВО РАН)

Компьютерные интеллектуальные системы

Построены логические алгоритмы распознавания на базе простого кодирования характеристических функций классов, позволяющие правильно опознавать (без перебора большого числа вариантов) подмножества контрольных объектов. Созданы методы минимизации признаковых пространств, основанные на оценке признаков, их корреляций и использовании подходов кластерного анализа. Предложены алгоритмы обобщения и сортировки знаний, извлеченных из прецедентов. Исследованы вопросы распараллеливания некоторых сложных алгоритмов распознавания классификации и прогноза, и созданы их параллельные аналоги. (ВЦ РАН)

Разработана новая эффективная методология повышения контрастности изображений рентгеновских маммограмм с учетом выделения значащих признаков изображения. Обоснованы критерии обработки изображений по оценке степени подавления вредных подробностей и усиления полезных с тем, чтобы привлечь внимание врача на важные признаки для постановки диагноза. Разработан комплекс программ, который прошел апробацию в 1-м филиале Московского маммологического диспансера и показал улучшение надежности диагностики и облегчение работы врача при большом количестве пациентов. (НСК РАН)

Для обработки результатов экспериментов по космическому мониторингу Земли и приземного слоя атмосферы разработана технология, позволяющая на основе анализа последовательности изображений восстанавливать пространственную структуру трехмерной динамической сцены и оценивать параметры движения ее компонент. Технология базируется на оригинальном методе рекурсивной идентификации фрагментов изображений, использующем линейную аппроксимацию соответствующих им фрагментов сцены и представление их движения в виде локальных аффинных преобразований. (ИАиЭ СО РАН)

Разработаны физические основы организации и построения системы регистрации акустических сигналов, возникающих при деформации твердых тел и объектов. Разработаны принципы организации процесса обучения нейронных сетей, предназначенных для обработки сигналов распределенных волоконно-оптических измерительных сетей. (ИАПУ ДВО РАН)

Предложен новый способ анализа и сравнения четырех основных методологических подходов в области принятия решений: многокритериальная теория полезности, аналитическая иерархия, сравнительное превосходство по классу и вербальный анализ решений. Доказано, что три основные требования к результатам применения методов индивидуального выбора - полнота, отсутствие циклов на множестве альтернатив и малая чувствительность к ошибкам измерений – находятся в противоречии. Этот парадокс подобен известному парадоксу Эрроу в задачах коллективного выбора, который определяет, что правило выбора не может быть одновременно демократическим, рациональным и решающим. (ИСА РАН)

Разработаны методология и модели быстрой интеграции знаний на основе конфигурирования сети источников знаний с помощью механизмов управления онтологиями, картограмм знаний и профайлов пользователей. Предложена многоагентная архитектура технологии интеграции знаний в распределенной среде, начата ее реализация в виде исследовательского прототипа с использованием среды MicroSoft Visual Studio 6.0 (Visual C++, Visual FoxPro) и технологии удовлетворения ограничений ILOG (Configurator 2.0, Solver 5.0, Concert Technology 1.0). (СПИИРАН)

Предложен новый подход к анализу устойчивости решающих правил специального вида. Подход базируется на идеях и методах специфического направления в теории чисел – теории диофантовых приближений. В качестве следствий из известных теорем этой теории (Лиувилля, Рота, Левека, Хинчина) получены количественные оценки для метрических характеристик областей устойчивости полиномиальных решающих правил. Проведен количественный анализ и даны рекомендации по оптимальному соотношению детерминированных и статистических критериев устойчивости таких правил. (ИСОИ РАН)

Разработаны новые версии созданной ранее интеллектуальной системы, реализующей правдоподобные рассуждения (как средство порождения гипотез в базах данных): система для прогнозирования вирусных заболеваний на основе цитологических данных; система, способная учитывать влияние ситуаций при порождении гипотез. Эти версии интеллектуальной системы являются новыми средствами интеллектуального анализа данных в науках о жизни и социальном поведении. (ВИНИТИ)

Передача и обработка информации

Среда, обеспечивающая интеграцию разнородных электронных коллекций в электронную библиотеку, представляет собой распределенный комплекс информационных, программных и технических средств регистрации разнообразных электронных коллекций и их унифицированного представления. Исследованы средства поддержки основных действий по формированию унифицированной среды: регистрация разнообразных электронных коллекций в данной предметной области; формирование и ведение интегрированной базы метаинформации для данной предметной области; взаимодействие посредников с коллекциями и друг с другом при регистрации посредством специального протокола. (ИПИ РАН)

Разработан эффективный алгоритм обнаружения несанкционированного доступа, ориентированный на системный уровень на основе сочетания статистических и нейросетевых методов анализа аномалий. Преимуществом данного подхода является принципиальная возможность обнаружения ранее неизвестных или скрытых информационных воздействий. Разработана система обнаружения аномалий, вторжений и других форм компьютерных злоупотреблений в системах территориально-распределенных компьютерных кластеров разной вычислительной мощности. (СПИИРАН)

Стандартные языки выполнимых спецификаций Estelle и SDL широко используются при разработке коммуникационных протоколов. Для них предложены методы трансляции в сети Петри высокого уровня - варианты раскрашенных сетей Йенсена. Выделен класс квазибезопасных сетей, допускающих эффективную симуляцию и анализ. Реализован экспериментальный программный комплекс ESPV (Estelle/SDL Protocol Verifier), предназначенный для верификации коммуникационных протоколов посредством их трансляции в сети Петри высокого уровня. (ИСИ СО РАН)

Автоматизация управления, проектирования

и научных исследований

Разработаны гомотопические методы исследования бифуркаций в нелинейных динамических системах. Предложен бесконечномерный вариант теории индекса Конли и получены приложения общих теорем к задачам о бифуркационных значениях параметров в задачах классического вариационного исчисления, в многомерных вариационных задачах, исследовании бифуркации Хопфа. На базе общих теорем о гомотопической инвариантности индекса Конли предложены и изучены новые сценарии возникновения детерминированного хаоса при потере устойчивости динамической системы. Исследованы конечномерные и бесконечномерные задачи робастной устойчивости динамических систем. Получены эффективные оценки вещественного радиуса робастной устойчивости непрерывных и дискретных систем, исследована задача структурной робастной устойчивости. (ИСА РАН, МГУ)

Для исследования периодических режимов в системах со сложными гистерезисными нелинейностями разработан специальный метод, позволяющий перейти от задачи в произведении фазового пространства и бесконечномерного пространства состояний к задаче в произведении фазового пространства и конечномерного пространства значений выходов гистерезисной нелинейности. Предложенный метод не только существенно упрощает исследование, но и приводит к новым важным результатам о структуре множества периодических решений. Оказалось, что многие вполне обычные уравнения с гистерезисом имеют континуальные семейства периодических решений, причем структура таких континуумов может быть весьма нетривиальной. (ИППИ РАН)

Предложен новый подход к конструированию вычислительных процедур метода гармонического баланса (ГБ) как метода моделирования нелинейных схем в частотной области. Основные концепции разработанного подхода включают: преобразование уравнений ГБ в форму, обеспечивающую адаптацию порядка решаемых систем к уровню нелинейности; оценку степени нелинейности; определение критерия снижения размерности решаемых систем при контроле точности; автоматическое исключение линейных компонент из уравнений модели; автоматический выбор числа гармоник для каждой переменной. (ИППМ РАН)

Рассматриваются структурные объекты, моделью которых являются неориентированные графы. Каталогизация структурного объекта выполняется путем решения системы линейных диофантовых уравнений. Предложенная информационная технология сводится к построению так называемого дерева формирования неизоморфных графов. Информационная технология опробована при проектировании деталей типа тел вращения (чертеж и размерные цепи), в генетике и микробиологии (каталогизация, упаковка и распаковка нуклеотидных последовательностей ДНК и РНК) и ряде других областей. (ИКТИ РАН)

Разработана система концептуального моделирования критических и аварийных состояний типовых химико-технологических процессов. Система позволяет проводить анализ состояния работоспособности технологического комплекса на основе древовидных структур множества опасностей с использованием дискретных моделей процессов и комплексных логико-аналитических методов. (ИИММ КНЦ РАН)

Разработан метод динамической декомпозиции решения задач синтеза сети Кирхгофа на графе и на его основе создана качественно новая система автоматизированного проектирования трубопроводных оросительных систем. (НИИ ПМА КБНЦ РАН)

Разработана технология экологического мониторинга прибрежных акваторий с помощью подводных роботов. Она может быть использована на практике для оценки запасов промысловых донных животных и ведения мониторинга экосистем. (ИПМТ ДВО РАН)

Высокопроизводительные вычислительные системы,

программирование

Разработана архитектура микропроцессоров, созданная на базе аппаратного параллелизма, обусловленного стремительно растущей степенью интеграции современных микропроцессоров. На ее основе спроектирован микропроцессор “Эльбрус-Е2k”, высокая архитектурная скорость которого обеспечивается за счет мощного параллелизма аппаратных ресурсов. Оптимальную загрузку аппаратуры поддерживает оптимизирующий компилятор, в результате чего фактически достигаются теоретические пределы производительности на заданном объеме оборудования. (ИМВС РАН)

Реализован комплексный подход к созданию высокопроизводительных вычислительных систем с параллельной архитектурой, базирующийся на единой идеологии создания семейства недорогих моделей суперкомпьютеров с параллельной архитектурой. Существенное снижение стоимости моделей суперкомпьютеров достигается за счет использования оригинального программного продукта для эффективного динамического распараллеливания задач и вычислительных модулей на базе большого числа простых, недорогих однобитовых процессоров отечественного производства. (ИПС РАН)

Разработана структурная схема высокопроизводительных систем с архитектурой векторно-параллельных суперкомпьютеров. Определена архитектура центрального процессора. Определена архитектура подсистемы оперативной памяти и вычислительного узла в целом. Разработана поведенческая модель коммуникационной среды. Разработана поведенческая модель микросхемы интеллектуального коммуникационного контроллера, управляющего работой адаптера коммуникационной среды. (НИИСИ РАН)

Разработаны методики и программные средства, нацеленные на решение вопросов верификации и валидации широкого класса программных систем. Эти разработки доведены до уровня технологий. Технологии внедрены в ряде компаний. Отличительным свойством этих технологий являются глубокая проработка фундаментальных основ средств формальных спецификаций, теория моделирования программных систем, тщательно отработанные инженерные методики для адаптации формальных методов в реальные, индустриальные процессы разработки программного обеспечения. (ИСПр РАН)

Создана и готова для передачи заказчику специальная среда для разработки параллельных программ, включающая в себя: базу данных, содержащую параллельные процедуры для решения задач математической физики; цифровой обработки сигналов; САПР СБИС; синтаксический анализатор языка высокого уровня; программные средства поддержки технологии индуктивных параллельных программ. (НИИМВС ТРТУ Минобразования РФ)

Элементная база

Проведен теоретический анализ процесса иммерсионной имплантации бора из плазмы BF₃ (процесс ПИИИ). Получены зависимости профилей имплантации от плотности и состава плазмы, величины импульсного высоковольтного смещения в условиях плазменного подтравливания поверхности радикальным фтором, содержащимся в плазме. Анализ процесса ПИИИ бора позволил оптимизировать режимы плазменно-иммерсионной имплантации на пилотной установке иммерсионного плазменного имплантера. Экспериментально получены p-n (легированные бором) переходы глубиной 30 нм. (Фтехнол И РАН)

Разработан проект ансамблевого варианта кремниевого ЯМР -квантового компьютера с полосковыми затворами. Предлагается использовать планарную кремниевую топологию для оптимизации архитектуры квантового компьютера. Для числа логических кубитов ~ 10³ была произведена оценка зависимости сигнала ЯМР от числа элементов ансамбля. Найдено, что это число может составлять ~ 10⁶. Рассмотрен вариант инициализации ядерных спинов с помощью методов динамической поляризации. (ФТтехнол И РАН)

Созданы образцы СВЧ-транзисторов на основе широкозонных полупроводников AlGaN на подложках из карбида кремния, сапфира и кремния. Разработана методика пассивации транзисторных структур нитридом кремния с применением СВЧ-плазменного стимулирования в условиях электронного циклотронного резонанса. Разработана методика формирования Т-образных затворов с длиной канала 0.1 мкм, изготовлены образцы арсенид-галлиевых малошумящих транзисторов. (ИПТМ РАН)

Получены новые планарные гетероэпитаксиальные наноструктуры с минимальным размером 10 нм. Эти наноструктуры проявляют новые электронно-транспортные свойства, включая волноводные и баллистические, поскольку их электроны проводимости могут пробегать большие расстояния без рассеяния. Важно, что такие структуры удалось изготовить на поверхности полупроводниковых материалов: Si(001) и GaAs(001), что имеет практическое значение при создании гетероэпитаксиальных структур металл-диэлектрик, функциональных элементов баллистической криоэлектроники и спинтроники. (ИПТМ РАН)

Показано, что при облучении плотных материалов тяжелыми ионами в области каскада столкновений возникает ударная волна. Образующиеся ударные волны вызывают образование в нижележащих слоях материала структур с немонотонно изменяющимися параметрами. Наряду с ударными волнами ионное облучение порождает нелинейные волны диссипативного типа. Прохождение таких волн приводит к образованию либо однородных слоев новой фазы, либо периодических структур. Полученные результаты могут служить теоретической основой при разработке новых технологических процессов и устройств микро- и наноэлектроники. (ИМИ РАН)

Разработаны универсальный метод синтеза фраунгоферовских и френелевских фокусирующих компьютерно-синтезированных голограмм и новая технология прямой электроннолучевой записи многоуровневого фазового рельефа в слое электронного резиста, что позволяет оперативно проектировать и изготавливать разнообразные фазовые оптические микроэлементы, в том числе короткофокусные микроголографические элементы. (ИОНТ РАН)

Предложен метод создания полевого транзистора, проводящий канал которого образует слой квантовых точек. Прибор изготовлен на основе гетероструктур Ge/Si с квантовыми точками Ge и структур кремний-на-изоляторе. В приборе обнаружены осцилляции тока исток-сток при изменении потенциала полевого электрода. Осциллирующий характер протекания тока исток-сток от напряжения на затворе сохраняется при повышении температуры от криогенных значений до комнатной. Полученные данные свидетельствуют о перспективности гетероструктур Ge/Si с квантовыми точками для создании одноэлектронных транзисторов. (ИФП СО РАН)

жүктеу/скачать 1.66 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: