Программные продукты и системы

Статьи из выпуска № 4 за 2013 год.

Упорядочить результаты по: Дате публикации | Заголовку статьи | Авторам

1. Отечественные суперкомпьютерные технологии экзафлопсного класса – необходимое условие обеспечения технологической конкурентоспособности России в XXI веке [№4 за 2013 год]
Автор: Бетелин В.Б.
Просмотров: 9802
Владение технологиями предсказательного суперкомпьютерного моделирования при разработке высокотехнологичной продукции в настоящее время является необходимым условием конкурентоспособности страны на высокотехнологичных мировых рынках. Эти технологии относятся к категории стратегических и недоступны на коммерческой основе. Именно данное обстоятельство определило опасное технологическое отставание России от мировых лидеров в авиационной, автомобильной, космической, энергомашиностроительной отраслях. Позиция нашей страны на мировом энергетическом рынке сегодня вполне значима. И именно эта позиция – основа ее экономической, военной и политической безопасности. Поэтому Россия должна выстроить такую стратегию технологического развития, чтобы удержать в третьем тысячелетии долю мирового энергетического рынка, достаточную для своего устойчивого социально-экономического развития. А это невозможно без создания отечественных технологий комплексного предсказательного суперкомпьютерного моделирования процесса извлечения и переработки углеводородов. Использование новейших технологий суперкомпьютерного моделирования в высокотехнологичном промышленном производстве и добыче углеводородов требует применения суперкомпьютеров производительностью порядка 1018 оп./с (экзафлопс) и, как следствие, разработки отечественных технологий создания таких суперкомпьютеров, новых физико-математических моделей, численных методов, расчетных схем и методик, а также новых технологий создания прикладных программных систем.

2. Об одном подходе к оценке качества обработки видеографической информации [№4 за 2013 год]
Автор: Кольцов П.П.
Просмотров: 13442
В статье изложена разработанная в НИИСИ РАН идеология построения универсальной оценки качества работы компьютерных программ, реализующих тот или иной метод решения некоторой задачи обработки видеографической информации. Такая оценка позволяет сравнивать на сопоставимой основе эффективность работы программ с целью выбора среди них наиболее адекватных условиям применения. Разработчикам практических систем обработки видеографической информации изложенный подход позволит уже на стадии проектирования системы сделать обоснованный выбор программной реализации для решения стоящей перед ними задачи. Рассмотрены примеры применения изложенного подхода для сравнительной оценки ряда широко используемых программных реализаций решения задач выделения границ, реставрации, уточнения контуров, сегментации, текстурного анализа, а также исследование их устойчивости относительно аффинных преобразований. Внешние условия моделировались зашумлением и размытием стандартизованного набора эталонных изображений. В роли универсальной оценки качества в примерах были рассмотрены статистические и размытые меры, метрики Евклида и Хаусдорфа. Эти примеры позволили выявить особенности поведения программных реализаций и получить области их предпочтительного применения.

3. Радикальные изменения диэлектрической проницаемости наноразмерных пленок серебра под воздействием приложенного напряжения [№4 за 2013 год]
Авторы: Крыжановский Б.В., Палагушкин А.Н., Прокопенко С.А., Сергеев А.П., Меликян А.О.
Просмотров: 9087
Методом поверхностного плазмонного резонанса обнаружено значительное изменение диэлектрической проницаемости пленки серебра под влиянием приложенного постоянного напряжения к наноразмерной структуре металл-диэлектрик-металл. Структура изготовлена в виде конденсатора с пленками Ag толщиной 49 нм и 37 нм в качестве обкладок и пленкой Al2O3 толщиной 177 нм в качестве диэлектрика. Эффект проявляется в значительном изменении коэффициента отражения световой волны при подаче на электроды напряжения до 30 V. Хорошее соответствие теории результатам эксперимента достигается, если принять, что оптические параметры Ag на аноде и катоде изменяются по-разному, а в слое диэлектрика Al2O3 появляется поглощение. Показано, что при напряжении свыше 16 V величина показателя преломления катодного слоя серебра обращается в нуль.

4. О возможности реализации мобильной сети спутниковой связи стандарта DVB-RCS с пространственно-частотно-временным разделением ресурса в Х-диапазоне [№4 за 2013 год]
Авторы: Генов А.А., Осипов В.В., Савилкин С.Б.
Просмотров: 10503
Спутниковые сети носимых земных станций в настоящее время реализуются через космические аппараты на геостационарной орбите, как правило, в режиме прямой ретрансляции с частотным разделением каналов (FDMA). Переход к стандарту DVB-RCS с пространственно-частотно-временным разделением каналов (MSF-TDMA) предполагает реализацию на борту космического аппарата многолучевых приемно-передающих антенн (гибридных многолучевых антенн или активных фазированных антенных решеток) и мультисервисных бортовых цифровых платформ стандарта DVB-RCS, обеспечивающих многоканальную демодуляцию сигналов земных станций. Использование стандарта DVB-RCS с MSF-TDMA позволяет существенно расширить функциональные характеристики сетей мобильной связи через космические аппараты на геостационарной орбите. Для перехода к более высоким скоростям передачи информации, принятым в сетях спутниковой связи стандарта DVB-RCS, необходимо более чем на порядок увеличить энергетический потенциал спутниковых радиолиний космического аппарата «Стационар», что может быть обеспечено только путем создания на борту космического аппарата «Стационар» многолучевых приемно-передающих антенн. Модернизация «Стационар» путем введения его в состав мультисервисных бортовых цифровых платформ и многолучевых антенн позволит реализовывать в Х-диапазоне на базе земных станций типа «Белозер» сети мобильной спутниковой связи стандарта DVB-RCS (MSF-TDMA), в которых будет обеспечиваться возможность организации высокоскоростной прямой связи абонентских земных станций друг с другом.

5. Энергетические затраты, быстродействие и проблема теплоотвода в микропроцессорах [№4 за 2013 год]
Авторы: Бобков С.Г., Мадера А.Г.
Просмотров: 11153
В статье проанализированы физические принципы энергетических затрат в современных микропроцессорах, часть потребляемой энергии которых расходуется на совершение необходимых операций, а другая, значительная ее часть, необратимо диссипируется в виде тепла. Переход существенной доли потребляемой электроэнергии в тепловую приводит к нагреванию микропроцессоров, обусловливая как уменьшение надежности и изменение статических и динамических электрических параметров микропроцессоров, так и выход их эксплуатационных характеристик за пределы допусков, приводя к отказам, неправильному срабатыванию и пр. В силу противоречивого характера требований, предъявляемых к росту быстродействия микропроцессоров при одновременном снижении энергетических затрат, вопросу взаимосвязи между электрическими параметрами микропроцессоров и протекающими в них тепловыми процессами уделяется особое внимание. Приводятся оценки перспектив различных физических принципов отвода тепла от микропроцессоров при различных мощностях их тепловыделения. Полученные зависимости показывают, что оценки значений мощностей потребления микропроцессоров с точки зрения принципиальных возможностей различных способов охлаждения по снижению температуры еще весьма далеки от своих предельных физических ограничений.

6. Программная конвейеризация циклов для ускорителя плавающей арифметики в составе процессора Комдив128-РИО [№4 за 2013 год]
Авторы: Вьюкова Н.И., Галатенко В.А., Самборский С.В.
Просмотров: 10646
Представлен метод программной конвейеризации циклов для специализированного ускорителя в составе процессора Комдив128-РИО архитектуры MIPS. Программирование ускорителя производится только на языке ассемблера, поскольку создание компиляторов с языков высокого уровня для него невозможно из-за ряда архитектурных особенностей. Ручная разработка эффективных вычислительных циклов для ускорителя является сложной задачей, так как программист должен учитывать множество факторов, таких как отсутствие аппаратных задержек по неготовности данных, сложная структура регистрового файла, отсутствие ветвлений и ограниченный аппаратный стек. Целью работы является разработка автоматических средств программной конвейеризации циклов для специализированного ускорителя. Это позволяет программисту писать достаточно простые внутренние циклы, которые правильно реализуют вычисления, но могут быть неоптимальными. Затем исходный цикл трансформируется в конвейеризованный, на нем достигается максимальная или близкая к максимальной эффективность выполнения заданных программистом вычислений. Использование точного подхода, основанного на применении методов целочисленного линейного программирования, позволяет обеспечить оптимальную производительность кода. Основное внимание в статье уделено особенностям формулировки задачи целочисленного линейного программирования, связанным со спецификой архитектуры ускорителя. Рассмотрены вопросы точного подсчета числа требуемых регистров, а также проблема понижения кратности развертки конвейеризованных циклов.

7. Нормативная база построения аэрокосмических тренажерно-обучающих систем [№4 за 2013 год]
Автор: Мамросенко К.А.
Просмотров: 16569
Международной организацией гражданской авиации (ICAO) разработан набор критериев для оценки и квалификации тренажеров Doc 9625. Назначение этого руководства – предоставить ведомствам гражданской авиации государств методы квалификационной оценки пилотажного тренажера путем первоначальной и последующих периодических оценок тренажера. Документ Flight Simulator Design and Performance Data Requirements, выпущенный International Air Transport Association в 2009 г., связан с Doc 9625 и определяет требования к набору исходных данных (Data package) для проектирования тренажера. В дополнение к стандартам в том же году выпущено техническое руководство по квалификационной оценке Flight Simulator Evaluation Handbook, в котором описаны последовательности проведения тестов, необходимых для корректной сертификации. В России тоже разрабатывались подобные документы. После построения тренажера перед разработчиками встает задача проверки соответствия тренажера реальному устройству. Как правило, до 80 % времени разработки проекта затрачивается на проведение тестов математической модели объекта. Воспроизвести на тренажере все действия оператора, выполняемые на реальной системе, довольно сложно. Выходом из подобной ситуации может быть автоматическая подача входных сигналов на тренажер, взятых из записей работы реальной системы. Необходимо учитывать, что после присвоения тренажеру сертификата определенного уровня по стандартам FAA или JAA внесение изменений в элементы конструкций, программное обеспечение и т.д., в том числе обновление компонентов тренажера, может привести к изменениям характеристик всей системы, а сам тренажер может оказаться не соответствующим присвоенному ранее уровню. К сожалению, необходимый перечень требований и соответствующих нормативных документов к тренажерно-обучающим системам в данной области труднодоступен.

8. Разработка высоконадежных многопроцессорных модулей на базе высокоскоростных каналов RapidiO [№4 за 2013 год]
Авторы: Бобков С.Г., Еремин А.А., Кондратьева Н.В., Сердин О.В.
Просмотров: 8272
Рассматриваются общие подходы к созданию сбоеустойчивых к внешнему воздействию радиационных факторов и к экстремальным тепловым режимам эксплуатации высокопроизводительных модулей на базе современных систем на кристалле с технологическими нормами изготовления 180 и менее нанометров и их реализация в многопроцессорном модуле ЦП-РИО-64, созданном на базе микросхемы 1890ВМ6Я. В разработанном модуле используется новый аппаратно-программный способ достоверного исполнения программ и реализована распределенная система управления восстановлением. Модуль ЦП-РИО-64 относится к вычислительной технике и может быть использован для построения цифровых вычислительных комплексов, выполняющих в реальном масштабе времени прием по высокоскоростным каналам потоков данных RapidIO, первичную обработку сигналов (пространственно-временной спектральный анализ, формирование частотных диапазонов, фильтрацию, пороговое обнаружение), вторичную, третичную и общекомплексную обработку информации, включая решение задач отображения, консервации, документирования и управления на рабочих местах операторов, а также обмен данными с другими приборами и системами.

9. Подготовка детализированной текстуры поверхности для высокореалистичной визуализации Земли [№4 за 2013 год]
Автор: Мальцев А.В.
Просмотров: 9676
Одним из основных критериев обеспечения высокой реалистичности изображений при визуализации модели Земли в имитационно-тренажерных комплексах подготовки космонавтов является использование в процессе рендеринга детализированной текстуры земной поверхности. В данной статье предлагаются технология подготовки такой текстуры из исходного набора тайлов (фотоизображений небольших участков земной поверхности) одинакового размера для ее дальнейшего применения в приложениях, созданных для визуализации моделей Земли и использующих системы распределенных вычислений, а также технология сверхбольших текстур. В рамках проблемы рассматривается решение ее наиболее существенных задач. Поскольку, как правило, исходные тайлы заданы в проекции Меркатора, в работе предлагается и подробно разбирается алгоритм преобразования текстуры с проекцией Меркатора в удобную для последующего использования текстуру с эквидистантной цилиндрической проекцией. Также рассматривается способ для бесшовного добавления в подготавливаемую текстуру водных поверхностей в случае их отсутствия в исходном наборе тайлов, заключающийся в использовании специальной текстурной маски в градациях серого цвета. Метод создания такой маски предложен и описан в одном из разделов данной статьи. Кроме того, в работе рассматривается созданный на основе предлагаемых технологий, методов и алгоритмов программный комплекс. Комплекс состоит из трех приложений, работающих под управлением операционной системы Microsoft Windows, и одного сценария для программы Adobe Photoshop, которые в совокупности позволяют пользователю за несколько шагов подготовить требуемую текстуру земной поверхности.

10. Проблемы схемотехнического моделирования нанотранзисторов со структурой «кремний на изоляторе» [№4 за 2013 год]
Автор: Масальский Н.В.
Просмотров: 11404
Обсуждаются особенности физического моделирования, ориентированного на задачи схемотехнического проектирования. Особое внимание уделено принципам построения физических моделей «кремний на изоляторе» нано- транзистора для схемотехнических целей применительно к программе схемотехнического моделирования SPICE. Описана процедура адаптации новых оригинальных моделей транзистора к схемотехническим средствам HSPICE, осуществляемая посредством открытого интерфейса данной программы. Рассматривается методика оптимизации топологических и электрофизических параметров двухзатворных нано- транзисторов с использованием технологии «кремний на изоляторе» с тонкой нелегированной рабочей областью, без перекрытия областей затвора и стока/истока с учетом физических ограничений и технологических требований. На основании результатов численного моделирования обсуждаются критерии выбора ключевых топологических параметров транзисторов для реализации требований в соответствии с программой «International technology roadmap for semiconductor 2012 edition» для перспективных приложений с низким уровнем потребляемой мощности. Совокупный анализ вольт-амперной характеристики транзисторов и таких характеристик логических вентилей, как временная задержка переключения, активная и статическая мощность, показывает, что прототипы рассматриваемых устройств применимы для реализации проектов высокопроизводительных СБИС.

| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | Следующая → ►