МГУ–2018: Научно-исследовательский вычислительный центр

Общие сведения. В структуре института 20 научно-исследовательских лабораторий и два научно-производственных подразделения, в которых работают 222 человека. Научными исследованиями и разработками заняты 46 сотрудников, в т.ч. 1 академик и 3 члена-корреспондента РАН, 18 докторов наук и профессоров, 24 кандидата наук. Сотрудники принимают участие в работах по ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014–2020 гг.» и грантам РФФИ, РНФ и РГНФ (21).

 

Наука. Исследования и разработки по государственному заданию проводились по 14 темам в рамках приоритетных направлений:

1. Фундаментальные проблемы высокопроизводительных вычислений и обработки данных.

2. Фундаментальные проблемы построения систем автоматизации, методология, технология и безопасность крупных информационных систем.

3. Математическое моделирование, методы вычислительной и прикладной математики и их применение к фундаментальным исследованиям в различных областях знаний и нанотехнологиям.

4. Современные компьютерные технологии в обучении.

 

 

Суперкомпьютерный комплекс МГУ является самым мощным в России. Его основу составляют суперкомпьютеры «Ломоносов-2» (4,9 Пфлопс) и «Ломоносов» (1,7 Пфлопс). На суперкомпьютерах работают 2700 пользователей из 21 подразделения МГУ, более 200 институтов РАН и университетов России. Каждый день выполняются около 1000 вычислительно сложных задач, отвечающих всем направлениям стратегии научно-технологического развития РФ. На основе успешного выполнения работ в рамках соглашения с Минобрнауки РФ по теме «Качественное расширение возможностей Центра коллективного пользования сверхвысокопроизводительными вычислительными ресурсами Московского университета по решению новых классов задач и метрологическому обеспечению работы суперкомпьютерного комплекса» выполнено значительное расширение системы хранения данных на суперкомпьютере «Ломоносов-2». В настоящее время объём системы хранения превышает 1ПБайт, что позволило значительно расширить функциональность суперкомпьютерного комплекса в целом за счёт обработки задач, работающих с большими объёмами данных.

 

 

Разработанные в НИВЦ информационные системы административного управления МГУ обеспечивают поддержку нового приёма и учебного процесса, учёт педагогической нагрузки, учёт штатного расписания и кадров, документооборот диссертационных советов и аттестационной комиссии, доступ преподавателей и студентов к своим личным кабинетам.

НИВЦ поддерживает работу серверного комплекса обработки данных информационных систем административного управления, созданного в рамках программы развития МГУ. В настоящий момент комплекс объединяет 28 блейд-серверов, имеет 312 вычислительных ядер, свыше 3 Тб оперативной памяти. Защиту обеспечивают 2 высокопроизводительных аппаратных файрвола Сheckpoint с технологией обнаружения и предотвращения вторжений, работающие в отказоустойчивом кластере. В системе реализовано многократное резервирование блоков питания. Все компоненты системного программного обеспечения имеют сертификаты ФСТЭК. Доступ к расположенным на серверном комплексе информационным системам осуществляется с помощью аппаратных средств идентификации пользователей. В состав комплекса входит хранилище данных суммарным объёмом около 30 Тб, состоящее из двух массивов на SSD и SAS дисках. Хранилище поддерживает все современные технологии хранения данных, такие как компрессия «на лету», дедупликация и автоматическое распределение данных между массивами в зависимости от интенсивности их использования.

Работает система автоматического мониторинга состояния оборудования и сервисов северного комплекса с поддержкой push-уведомлений администратора собственной разработки НИВЦ и система централизованной аутентификации пользователей информационных систем.

 

 

Лаборатория параллельных информационных технологий (зав. чл.-корр. РАН Вл.В. Воеводин). Проведены исследования методов эффективного сбора и хранения данных мониторинга суперкомпьютерных систем, а также их агрегации с целью визуализации. В процессе исследования проведено сравнение баз данных для хранения временных рядов и возможности их использования для хранения данных мониторинга. Для унификации доступа к данным мониторинга начата разработка технологий единообразных запросов к базам данных, как формата SQL, так и NO-SQL. Выполнена адаптация системы мониторинга путём изменения периода усреднения данных в зависимости от этапа работы программы и от характеристик данных, получаемых от работающей программы. Эта адаптация реализована на основе данных о характере изменения данных, получаемых от сенсоров системы мониторинга. Продолжена работа в направлении улучшения качества отображения данных мониторинга, проведено усовершенствование библиотеки и инструментария Tentaviz, позволяющего визуализировать данные мониторинга на любых устройствах с ПО, поддерживающем https и javascript. Улучшен механизм описания страниц во встроенном редакторе, добавлены новые возможности. Продолжена разработка фундаментальных основ и реализация программного комплекса для массового анализа качества параллельных приложений на основе технологий суперкомпьютерного кодизайна. Продолжена разработка технологий анализа динамики функционирования суперкомпьютерных комплексов на основе интеграции разнородных потоков данных. Принято решение о создании новой системы, принципы её разработки и составлен план прототипа. Уточнены подходы для реализации технологий интеграции разнородных потоков данных. Завершена адаптация созданных методов обнаружения аномального поведения для работы с выполняющимися задачами, для этих целей реализован новый метод на основе нейронных сетей. Разработан новый обучающий набор, который позволил более точно определять аномальное поведение задач. Реализовано оповещение пользователей о найденных аномальных приложениях. Это выполнено в рамках системы организации работы суперкомпьютеров Октошелл, что позволяет пользователям оперативно отслеживать, какие из выполняющихся (или уже выполненных) задач обладают аномальным поведением. На данный момент эта реализация проходит апробацию на суперкомпьютере Ломоносов-2. Проведено более детальное изучение корреляций между динамическими характеристиками. Проведён анализ корреляций для отдельных пользователей и типов задач, и это позволило выявить определённые зависимости между поведением характеристик, при этом обнаружено, что зачастую для разных пользователей эти корреляции противоположны. Чаще всего зависимости встречаются между частотами кэш-промахов в память разного уровня, при этом характеристики загрузки ЦПУ коррелируют с другими характеристиками реже остальных. Исследовано и определено понятие аномального поведения в профиле потока задач. Описаны методы для обнаружения подобных аномалий, некоторые из которых были апробированы на реальных данных суперкомпьютера Ломоносов-2. В частности, исследованы типы аномального поведения профиля задач на основе текущего «снимка» состояния суперкомпьютера, а также на основе данных об аномальных приложениях, полученных с помощью разработанных ранее методов. Завершена программная реализация всех разработанных методов, проведена масштабная апробация программного решения на суперкомпьютере Ломоносов-2. Выполнены оценки производительности полученного решения. Разработана методика применения предложенного метода обнаружения аномалий на других суперкомпьютерах, которая описана в виде алгоритма действий, которые необходимо предпринять для портирования разработанного решения. Разработаны механизмы построения рейтинга масштабируемости различных приложений на доступных суперкомпьютерах. Исследованы возможности построения прогноза масштабируемости приложений на сверхбольшие конфигурации суперкомпьютеров. Выполнена оценка применимости использования метрики масштабируемости для планирования архитектуры будущих высокопроизводительных систем под специфику конкретной задачи. Разработаны методы прогнозирования сбойных ситуаций на суперкомпьютерах и превентивного реагирования на них для минимизации возможных последствий. Разработанные средства интегрированы в систему обеспечения оперативного контроля и эффективной автономной работы суперкомпьютерных комплексов Octotron. Выполнена апробация разработанных методов в Суперкомпьютерном комплексе МГУ.

 

 

Лаборатории информационных систем и информационных систем математических наук (зав. к.ф.-м.н. О.Д. Авраамова), организации и ведения баз данных (зав. к.ф.-м.н. А.Д. Ковалёв), математического моделирования (зав. д.ф.-м.н. А.В. Смирнов) и компьютерной визуализации (зав. чл.-корр. РАН Г.Г. Рябов). Автоматизированная информационная система «Абитуриент» обеспечивала поддержку нового приёма на все факультеты и во все филиалы МГУ, а также в СУНЦ и в университетскую гимназию. АИС «Олимпиада» использовалась при поддержке очного тура проводимых МГУ олимпиад школьников. Шифрование работ на централизованных экзаменах и на олимпиадах обеспечивала система «Экзамен», диспетчеризацию потока абитуриентов, направляемых в поликлинику МГУ – АИС «Медосмотр». Работала веб-система формирования и печати заявлений абитуриентов всех факультетов и формирования структурированного файла данных для передачи в АИС «Абитуриент». Поддерживается система обмена данными с информационными системами Национального центра тестирования при президенте Республики Таджикистан и Государственного экзаменационного центра Республики Азербайджан. АИС «Абитуриент» и «Студент» используются в Совместном университете МГУ–ППИ в Шэньчжэне.

В системах «Учебный план» и «Студент» хранится информация об учебных планах, по которым осуществляется обучение в бакалавриате, специалитете и магистратуре (свыше 600 учебных планов), данные всех обучающихся и прервавших обучение студентов, свыше 6 млн оценок. Добавлена возможность обучения по программам подготовки различного уровня (рядовые, сержанты, офицеры) на факультете военного обучения. В АИС «Аспирант» обрабатываются данные всех обучающихся в аспирантуре и ординатуре МГУ. Реализована автоматическая передача дела аспиранта в АИС «ДисСовет» при представлении им диссертации к защите и возврат данных о прошедших защитах для анализа эффективности обучения в аспирантуре.

Поддерживаются информационная система «Физлицо», предназначенная для унификации представления данных о студентах, аспирантах и сотрудниках при передаче в АИС «Кампусная карта», и «Личный кабинет преподавателя», работает модуль «Переводы названий курсовых и дипломных работ». В 2018 г. разработаны и интегрированы с АИС «Личные кабинеты» системы описания аудиторного фонда и проведения опросов студентов МГУ.

В системе «Личный кабинет студента» зарегистрировано свыше 30 тыс. пользователей, число просмотров страниц превышает 3 млн в год. В пиковые дни число просмотров страниц доходит до 140 тыс. Система «Личный кабинет студента» дружественна к мобильным устройствам.

Проводилась поддержка и обеспечивались консультации пользователей разработанной НИВЦ АИС «Штатное расписание и кадры МГУ». В системе содержится полная информация обо всех бюджетных позициях МГУ, данные 120 подразделений.

Автоматизированная информационная система «ДисСовет», предназначенная для учёта данных соискателей, внедрена во всех новых диссертационных советах МГУ и аттестационной комиссии МГУ. В системе работают 92 диссертационных совета. Дело соискателя в системе проходит через все стадии, включая проверку диссертационным советом, представление к защите, защиту, передачу в аттестационную комиссию, рассмотрение учёным советом и выдачу диплома. Все документы и дипломы печатаются из системы. В 2018 г. была создана АИС «Дополнительное образование», разработанная для учёта учебных программ и контингента слушателей программ дополнительного образования МГУ.

Сотрудники лаборатории организации и ведения баз данных регулярно проводили расчёты заработной платы для сотрудников факультетов, институтов и административных служб МГУ.

Развивается ряд инфраструктурных проектов, в частности, система учёта и контроля заявок пользователей, система контроля учётных записей пользователей административных систем в связке с данными АИС «Кадры», система автоматического мониторинга состояния серверного комплекса информационных систем административного управления МГУ.

Получен ряд свидетельств о регистрации баз данных и программного обеспечения информационных систем административного управления МГУ, изданы методические пособия по системе «Штатное расписание» и «Диссертационный совет».

 

 

Лаборатория вычислительного эксперимента и моделирования (зав. проф. А.В. Тихонравов). Научная группа под руководством проф. А.В. Тихонравова и вед. специалиста И.В. Кочикова занимается разработкой теоретических основ проектирования оптических нанопокрытий для телекоммуникационных приложений и совершенствования технологических процессов их изготовления. Проведён анализ структурных особенностей важнейших классов оптических фильтров, используемых в телекоммуникационных устройствах: WDM- и GFF-фильтров. Получены теоретические оценки основных параметров, определяющих множество возможных решений задач проектирования фильтров, сформулированы и учтены технологические ограничения. Выполнено моделирование процесса напыления и проведён статистический анализ влияния ошибок в толщинах напыляемых слоёв на оптические характеристики проектируемых фильтров.

В рамках тематики, посвящённой изучению природы магнитных полей небесных тел, научной группой под руководством проф. Д.Д. Соколова продолжены работы по исследованию математических моделей солнечного динамо для прогноза солнечной активности, образования и развития структур магнитных полей в карликовых галактиках. Разнообразные эффекты возбуждения мелкомасштабных магнитных полей в небесных телах. Впервые изучено подкритическое возбуждение мелкомасштабного магнитного поля в движущейся проводящей среде.

 

 

Лаборатория вычислительных методов (зав. акад. РАН Е.Е. Тыртышников). По направлению «Развитие методов решения краевых задач с применением граничных интегральных уравнений», развиваемым проф. А.В. Сетухой, разработан метод решения задачи рассеяния электромагнитных волн на идеально проводящем теле малой толщины, основанный на перемещении граничного условия на срединную поверхность. При этом формулируется и решается новая краевая задача для уравнений электромагнитного поля вне этой поверхности (экрана), в которой осуществляется учёт исходной формы тела путём установления специальных граничных условий. 

Возникшая новая краевая задача сводится к системе граничных интегро-дифференциальных уравнений для неизвестных поверхностных токов. Особенность возникающих уравнений заключается в том, что они содержат интегралы с сильной особенностью, понимаемые в смысле конечного значения по Адамару. Так же эти уравнения содержат слагаемые вне интегралов в виде дифференциального оператора (оператора поверхностной дивергенции от неизвестных токов). Разработана численная схема решения этих уравнений. При этом построена квадратурная формула для аппроксимации членов с поверхностной дивергенцией. Интегральные операторы аппроксимируются формулами, разработанными ранее.

Построенная численная схема не вырождается, когда толщина тела стремится к нулю. Проведённые испытания показали, что предлагаемый способ позволяет учитывать толщину облучаемого объекта при решении граничного интегрального уравнения на срединной поверхности тела. Существуют диапазоны углов облучения, для которых замена тела на тонкий экран не работает, в то время как предлагаемый метод даёт истинные значения эффективной поверхности рассеяния. В то же время этот метод позволяет получать правильные результаты на более грубых сетках и, следовательно, при меньших затратах вычислительных усилий, чем при решении краевой задачи на исходной поверхности методом граничных интегральных уравнений.

 

 

Лаборатория суперкомпьютерного моделирования природно-климатических процессов (зав. чл.-корр. РАН В.Н. Лыкосов). В 2018 г. продолжены исследования, направленные на использование результатов для параметризации процессов подсеточных масштабов в технологиях прогноза погоды и климатическом моделировании. Проведены численные эксперименты с вихреразрешающей моделью ИВМ РАН в постановке, предложенной в рамках программы GABLS (GEWEX – Global Energy and Water Exchanges, Atmospheric Boundary Layer Study) для сравнения моделей турбулентности при воспроизведении устойчиво стратифицированного атмосферного пограничного слоя, с целью оценки влияния термической неоднородности поверхности на характеристики турбулентного обмена. Выполнено прямое численное моделирование турбулентного течения Экмана при нейтральной и устойчивой стратификации. Для проверки применимости полуэмпирических замыканий турбулентных процессов, используемых в крупномасштабных моделях прогноза погоды и климата, реализован блок расчёта статистических характеристик течения. Проведён диагноз и изучен ряд мезомасштабных аномалий метеорологического режима в пограничном слое атмосферы над урбанизированной территорией: положительная аномалия температуры и отрицательная аномалия влажности, тепловые шлейфы с подветренной стороны города, замедление средней скорости ветра, а также увеличение сумм летних осадков, над городом. Выполнен анализ данных экспериментальных измерений в городах Российской Арктики (Надым, Салехард, Новый Уренгой и Воркута). Установлено, что зимой, в условиях полярной ночи, несмотря на отсутствие притока солнечной радиации, формируются ярко выраженные городские «острова тепла». Построена модель диффузии газа в пористой среде озёрных отложений. Предполагается, что диффузия происходит в захваченных почвенным скелетом пузырьках и в растворённом состоянии, а концентрации газа в воде и пузырьках находятся в равновесии по закону Генри. Коэффициенты диффузии в газовой и водной среде учитывают извилистость диффузионных путей и эффект разъединения «проводящих» объёмов при малой пористости. С моделью проведены тестовые идеализированные эксперименты. Запланировано сопоставление результатов модельных расчётов с данными лабораторных экспериментов с кернами озерных отложений.

 

 

Лаборатория анализа информационных ресурсов (зав. к.ф.-м.н. Б.В. Добров). В 2018 г. были разработаны: технологии мониторинга, интегрирования и анализа данных большого объёма из различных источников информации; алгоритмы графового представления содержания текста с использованием терминов лингвистических онтологий и именованных сущностей. Предложено два алгоритма формирования представления содержания текста: а) дистрибутивное, когда связи между объектами формируются на основе вхождения в соседние предложения (внутри абзацев); б) на основе выявляемых семантических связей – по онтологии, на основе правил для собственных имён и на основе вхождения для терминоподобных словосочетаний, а также на основе простых синтаксических правил.

Принято участи в организации открытого тестирования по автоматическому распознаванию значений слов для русского языка. В тестировании исследовалась эффективность методов определения и устранения неоднозначности смысла для русского языка. Участникам было предложено сгруппировать контексты данного слова в соответствии с его значениями, которые не были предоставлены заранее. Разработаны три новых набора оценочных данных, основанных на инвентарных описаниях, которые имеют различную гранулярность значений. Контексты в этих наборах данных были взяты из текстов Википедии, академического корпуса русского языка и толкового словаря русского языка. Всего в соревновании приняли участие 18 групп, которые представили 383 модели. Многим группам удалось значительно превзойти базовые модели.

Исследованы подходы дистрибутивной семантики для извлечения устойчивых словосочетаний. Показано, что имеется важный фактор, сигнализирующий об устойчивости словосочетаний – это высокое сходство данного словосочетания с отдельным словом, не являющимся компонентом словосочетания, на основе построенного векторного представления слова и словосочетания.

Поставлена задача извлечения оценочных отношений из текстов. Исследованы подходы на основе машинного обучения, включая нейронные сети к данной задаче. Создан корпус аналитических статей, в котором для каждой статьи были размечены отношений между упомянутыми субъектами. Предложены наборы признаков для автоматического извлечения таких отношений из текстов для применения методов машинного обучения (наивный байесовский классификатор, метод опорных векторов, метод Gradient Boosting). Исследована архитектура нейронной сети, Piecewise Convolutional Network, которая показала наилучшее качество извлечения отношений в этой задаче.

Совместно с институтом математики Вятского государственного университета разработаны методы анализа выпускных квалификационных работ в области «Образование и педагогические науки»: оценка тематической связности, анализ качества использованных библиографических источников и культуры цитирования, определение и оценка правомерности заимствований, оценка новизны и актуальности, оценка практического вклада. Сформирован полномасштабный макет программной системы анализа выпускных квалификационных работ.

Продолжены работы по анализу медиа-данных. Исследованы вопросы оптимального фрагментирования видео-файлов на монтажные планы. Предложен метод активного обучения для быстрого добавления нового класса в задаче детектирования объектов для потока событийных изображений. Разработана эффективная система выявления похожих лиц в базе данных десятков миллионов изображений.

 

 

Лаборатория вычислительных систем и прикладных технологий программирования (зав. д.ф.-м.н. В.Б. Сулимов). Продолжена разработка технологии применения байесовских сетей для прогноза состояния пациентов по их персональным параметрам. Выполнена оптимизация параметров программы докинга, улучшена модель, описывающая энергию гидратации, что позволило уменьшить расхождение с экспериментальными данными. С помощью новой версии программы докинга был проведён поиск новых ингибиторов для трёх белков-мишеней: фактора Xa, фактора XIa, и ионного канала VDAC1. В результате найден ещё один ингибитор фактора Xa с субмикромолярной активностью. На основе новой модели белка-мишени фактор XIa проведён виртуальный скрининг базы данных MayBridge, в результате которого 30 соединений отданы на экспериментальную проверку. Осуществлено применение вероятностно-статистических методов для выявления значимых признаков эффективности криоконсервации клеток человека. Подготовлена база данных образцов биоматериала пациентов для применения вероятностно-статистических методов выявления значимых параметров. Разработана программа NEONILLA реализующая вероятностно-статистические методы оценки вкладов значений параметров на результаты предсказания. Программа осуществляет построение гистограмм для каждого параметра байесовской сети. Оценка вклада прогностических параметров позволяет упростить выявление наиболее значимых параметров байесовской сети для каждого конкретного пациента и может быть использовано при определении лечения пациентов в медицинских учреждениях. Разработан метод анализа пористости атомистических кластеров по координатам атомов и их радиусам Ван-дер-Ваальса. Метод может быть примерен к кластерам тонких плёнок технологических размеров, до 100 нм. Исследовано формирование высокопористых плёнок, растущих при осаждении потока атомов, почти параллельного поверхности подложки (Glancing Angle Deposition, GLAD). Выявлено, что высокоэнергетическое осаждение с углами более 70⁰ (отсчитывается от нормали к поверхности) приводит к образованию наклонных раздельных колонн толщиной 10–20 нм. Уменьшение угла осаждения приводит к уменьшению толщины колонн и расстояний между ними. Увеличение температуры подложки приводит к частичному слиянию соседних колонн. Аналогичный эффект оказывает отжиг напыленных плёнок.

 

 

Лаборатория мобильных и встраиваемых программных систем (зав. к.т.н. И.В. Починок). Работа выполнена в рамках второго этапа темы и посвящена вопросам реализации управляющих программ для открытых телекоммуникационных систем на базе Redfish сервера. OCP/Проект Открытые Вычисления – это сообщество компаний, которые сотрудничают в создании новых аппаратных технологий для эффективной поддержки вычислительных инфраструктур. Специальный интерес для работы OСP представляют центры обработки данных (ЦОД). OCP предложило стандарт конструктивов (стоек), предназначенных специально для объединения вычислительных систем в ЦОД. Он предусматривает OpenRack – это первый стандарт для полной интеграции конструктивов в инфраструктуру ЦОД, что соответствует философии OCP «от питания до микросхем» (целостного дизайна ЦОД, который принимает во внимание взаимную зависимость всех компонент, от электропитания ЦОД до микросхем на каждой материнской плате). Масштабируемые вычисления требуют наличия стабильного набора инструментов для удалённого управления вычислительными системами. Поэтому OCP создало спецификацию для управления аппаратными ресурсами в ЦОД. Эта спецификация включает в себя набор известных инструментальных средств и лучших практик для удалённого управления. Протоколы, используемые для управления, включают в себя как давно существующие протоколы (IPMI, DCMI), так и Redfish – недавно разработанную организацией DMTF открытую спецификацию протокола и схему данных для простого, надёжного и защищённого управления современными масштабируемыми аппаратными системами. Инфраструктура Redfish, основанная на концепции RESTful WEB-интерфейса, языке Json и спецификации Odata, помогает пользователям использовать существующие инструментальные средства при решении проблем управления и рассматривается как стандартная инфраструктура следующего поколения для управления в открытых вычислительных системах.

 

 

Лаборатория автоматизации программных вычислительных комплексов (зав. проф. О.Б. Арушанян). Проведено теоретическое обоснование новых постановок нелинейных задач для параболических уравнений с неизвестным коэффициентом при производной по времени. Исследование связано с математическим моделированием физико-химических процессов, в которых происходят изменения внутренних свойств материалов. Одна из рассмотренных постановок является нелинейной системой, которая включает в себя краевую задачу первого рода, а также уравнение, описывающее изменение по времени искомого коэффициента. Сложность такой системы и её существенное отличие от обычных постановок краевых задач для параболических уравнений вызывает значительные трудности при доказательстве условий существования и единственности решения. Для преодоления этих трудностей дано обоснование метода прямых Ротэ как способа доказательства разрешимости. В связи с этим получены априорные оценки в сеточно-непрерывных классах Гёльдера для соответствующей нелинейной дифференциально-разностной системы, аппроксимирующей исходную параболическую систему. Установлена сходимость приближенных решений к её гладкому решению, дана оценка погрешности метода Ротэ.

Рассмотрена постановка нелинейной задачи, которая является обратной по отношению к первой постановке. В ней кроме неизвестного коэффициента уравнения требуется определить также граничную функцию на одной из границ области по заданному финальному условию для искомого коэффициента. Существенное отличие такой постановки от обычных постановок некорректных граничных обратных задач для параболических уравнений с финальным наблюдением заключается в необходимости отыскания кроме граничной функции ещё и коэффициента уравнения, который является решением нелинейной системы. Изучено операторное представление такой обратной задачи в функциональных пространствах, выбор которых проведён на основе результатов, полученных для первой постановки. Для построения устойчивых приближённых решений в классах Гёльдера обосновано применение регуляризирующего метода вариационного типа на основе квазирешений на множествах расширяющихся компактов. Установлены свойства непрерывности функционала невязки и получены оценки устойчивости для приближённых решений метода квазирешений.

Предложена общая теория дискретной аппроксимации по пространству и по времени для однородных дробных эволюционных уравнений. Найдены условия устойчивости разностных схем при аппроксимации дробных уравнений. Скорость сходимости не может быть установлена стандартным способом, так как производная от функции Миттаг-Леффлера имеет особенность в нуле. Установлено, что скорость сходимости простейших явной и неявной схем пропорционален порядку дифференциального уравнения.

Выполнены работа по созданию комплекса программ, который развивает и дополняет ранее созданный раздел Библиотеки численного анализа НИВЦ на языке Фортран для решения обыкновенных дифференциальных уравнений. Комплекс предназначен для интегрирования системы обыкновенных дифференциальных уравнений методом рядов и позволяет представлять решение уравнения и его производную в виде частичных сумм ряда по смещённым многочленам Чебышёва первого рода. Разрабатываемый пакет программ обеспечивает получение значения решения задачи Коши в заданной точке интервала интегрирования и делает возможным вычисление ортогонального разложения решения на заданном интервале интегрирования или вычисление нескольких таких ортогональных разложений на некотором множестве составляющих интервал интегрирования элементарных сегментов.

Выполнены работы по изданию научного журнала НИВЦ «Вычислительные методы и программирование», т. 19 (4 номера).

 

 

Лаборатория компьютерной визуализации (зав. чл.-корр. РАН Г.Г. Рябов). Продолжено исследование структуры натуральных чисел с более широких позиций геометрических и топологических конструкций. Развито представление структуры натуральных чисел в виде дискретной динамической системы на базе бильярдного графа. Композиция бильярдных графов представляет собой все фазовое пространство кратчайших траекторий между вершинами.

На графе определены регулярные и сингулярные вершины, и соответствующие им натуральные. Сингулярные вершины, в свою очередь, индуцируют сингулярные круги – подмножества натуральных кластерного типа со специальным свойством парной аддитивности (пар простых и пар простое-составное). Дальнейшее рассмотрение приводит к введению, по аналогии с простыми-близнецами, составных-близнецов и выдвижению гипотезы о равномощности этих подмножеств. Предложены приёмы и приведены примеры конструирования сколь угодно больших составных-близнецов.

Доказаны свойства множеств пар натуральных в сингулярных кругах и из них выделены множества, состоящие из гольдбаховых пар простых. Представлена общая геометрия вложений сингулярных кругов друг в друга. Введение понятия сингулярности натуральных и геометрии сингулярных кругов позволило дуализировать участие в структуре натуральных простых-близнецов и составных-близнецов, выявить автоморфизмы кластерного вида для дальнейшего анализа структуры натуральных.

Лаборатория активно участвует в работах по развитию информационных систем административного управления МГУ. Н.с. В.А. Серов является системным администратором серверного комплекса информационных систем административного управления МГУ и ряда лабораторий НИВЦ.

Вед. специалист Д.М. Фырнин разработал и поддерживает общеуниверситетские автоматизированные информационные системы «Выпускник МГУ» и «Межфакультетские учебные курсы» (МФК).

 

 

Лаборатория математического моделирования (зав. д.ф.-м.н. А.В. Смирнов). Начаты исследования возможности ускорения программы FIESTA в двух направлениях: использование языка ассемблер для ускорения вычислений значений функций и анализ возможности исследования подхода с использованием тензорных поездов. Работы находятся на начальной стадии и не дали однозначных результатов, потому будут продолжены в следующем году. Проведены масштабные работы по модернизации и обновлению программы FIRE, выполняющей редукцию интегралов Фейнмана. Кроме того, вычислены полные вклады трёхпетлевых поправок, обусловленных лёгкими фермионами, и поправок в пределе большого числа цветов в случае векторного, аксиально-векторного, скалярного и псевдоскалярного токов. Соответствующие диаграммы содержат петлю из безмассовых фермионов. Эти поправки калибровочно инвариантны и состоят как из планарных, так и из непланарных вкладов. При вычислении использовалась редукция к мастер-интегралам с помощью кода FIRE, мастер-интегралы были вычислены с помощью метода дифференциальных уравнений. Аналитические результаты выражены через гончаровские полилогарифмы.

На базе научно-вспомогательного состава лаборатории продолжается работа группа поддержки комплекса информационных систем «Штатное расписание и кадры», «Аспирант», «Выпускник», «Диссовет», «Плановик-Центр». Разработаны и успешно внедрены новые информационные системы «Стандарты» и «Дополнительное образование», пользователями которой являются сотрудники МГУ, ответственные за ведение программ дополнительного образования и учёта слушателей. По данным информационным системам проводятся такие работы как составление сопутствующей документации, ответы на присылаемые пользователями задания, установка точек удалённого доступа к информационным системам по подразделениям МГУ, консультации.

В 2018 г. было получено 3 свидетельства о регистрации программных продуктов, составлена техническая документация АИС «Дополнительное образование» (схема IDEF0, техническое задание), опубликованы методические издания по использованию АИС «Штатное расписание» и АИС «Дополнительное образование».

 

 

Лаборатория автоматизированных лексикографических систем (зав. к.филол.н. О.А. Казакевич; и.о. зав. д.ф.-м.н. А.В. Смирнов). В 2018 г. фундаментальные исследования в рамках общей темы велись по пяти ранее намеченным направлениям и дали следующие результаты.

«Документация и исследования исчезающих языков» (рук. к.филол.н. О.А. Казакевич; мл.н.с. Ю.Е. Галямина, специалисты – Т.Б. Багаряцкая, М.И. Воронцова, Т.Е. Реутт, В.С. Хоружая, С.Ф. Членова, И.В. Шумарина): на селькупском, кетском и эвенкийском материале проведено исследование изменения структуры грамматических категорий глагола в ситуации языкового сдвига, выявлено предпочтительное использование двукорневых глагольных моделей в кетском языке; утрата оппозиции субъектного и объектного спряжений в 1 и 2 лице единственного числа в ряде селькупских говоров; тенденция к смешению эксклюзивных и инклюзивных глагольных форм 1 лица множественного числа у носителей среднего и младшего поколения в ряде эвенкийских говоров; пополнены мультимедийные корпусы текстов на селькупских, кетских и эвенкийских говорах; проведён комплекс исследований, направленных на изучение языковых контактов малых народов Красноярского края.

«Исследование логических и стилистических факторов в лексической семантике» (рук. вед.н.с. Е.Э. Разлогова; спец. В.С. Хоружая): продолжена разработка метода оценки видов и степени изоморфизма параллельных текстов; описаны способы количественной оценки для каждого вида изоморфизма (грамматического, синтаксического, структурно-пунктуационного, лексического, стилистического, нарративного); метод тестируется как в синхронической, так и в диахронической перспективе на фрагментах переводов средневековых текстов – 9-и французских переводов «Слова о полку Игореве» и 8-и русских переводов «Песни о Роланде».

«Выбор методов и построение и апробация алгоритмов автоматизированной обработки нестандартных текстов» (н.с. А.В. Рафаева): продолжена работа по изучению подсистемы локусов в русской сказке, исследован локус города; начата работа по изучению подсистемы эмоциональных состояний в фольклорном тексте; велась работа по совершенствованию программного обеспечения системы СКАЗКА-2.

«Анализ дневниковых текстов» (рук. вед.н.с. М.Ю. Михеев; специалисты – В.П. Зайончковская, В.С. Хоружая, при участии Л.И. Эрлиха): пополнен сайт «Universitas personarum» и ИС «Студенты МИУ» (введено около 4500 анкет студентов Московского императорского университета); продолжено исследование дневников А. Гладкова.

«Развитие и пополнение сайта “Поэзия Московского университета: от Ломоносова и до…”» (рук. н.с. А.В. Рафаева; вед.спец. Э.К. Лавошникова, специалисты – М.И. Воронцова, С.Ф. Членова, И.В. Шумарина): продолжена работа по наполнению сайта, размещено 6 новых авторских страниц, 2 авторские страницы и интерактивная карта «Поэты Московского университета: места, связанные с жизнью и творчеством» открыты для общего доступа.

 

 

Лаборатория разработки систем автоматизации обработки изображений (зав. проф. А.В. Гончарский) проводила работы по разработке методов решения обратных задач трёхмерной волновой томографии в скалярных моделях. Изготовлен экспериментальный стенд для проведения исследований по томографическому восстановлению акустических свойств объектов. Стенд ориентирован, прежде всего, на исследование фантомов с параметрами, близкими к параметрам мягких тканей в медицине. Конструкция стенда обеспечивает сбор информации как в послойной схеме исследования 3D объекта, так и в трёхмерной схеме с данными на цилиндрической поверхности. Разработано программное обеспечение, обеспечивающее работу экспериментального стенда под управлением персонального компьютера. Программа предназначена для автоматизации экспериментов по ультразвуковым томографическим исследованиям: сбора данных, управления движением линейных и ротационных приводов стенда, получения информации о точном положении приводов, запуска внешнего генератора сигналов. Для решения обратной задачи трёхмерной волновой томографии по экспериментальным данным, полученным на экспериментальном стенде, используются итерационные градиентные алгоритмы. Основной проблемой является нелинейность обратной задачи. В основу разработанных в 2018 г. итерационных алгоритмов положен многочастотный метод. Как показали многочисленные расчёты (на суперкомпьютерах «Ломоносов-1» и «Ломоносов-2»), многочастотный метод существенно расширяет область сходимости итерационных процессов в обратных задачах волновой диагностики.

Разработаны нанооптические элементы высокого разрешения для автоматизированного контроля с помощью смартфона. Нанооптические элементы изготавливаются по электронно-лучевой технологии, причём точность формирования микрорельефа составляет порядка 10 нм. Если контроль нанооптического элемента осуществляется непосредственно объективом смартфона, то разрешающая способность составляет порядка 120 dpi или порядка 30 линий на мм. Для повышения разрешающей способности смартфона использовались специальные приставки с объективом, увеличивающим в 80 крат. Новые оптические элементы изготавливались по электронно-лучевой технологии с помощью электронно-лучевого генератора НИВЦ. Элементы допускают как визуальный, так и автоматизированный контроль подлинности защитного элемента с помощью смартфона, снабжённого специальной приставкой. Новые нанооптические элементы имеют более высокий уровень защищённости и могут быть использованы для защиты документов. Программное обеспечение для автоматизированного контроля с высоким разрешением разработано на платформе Android 4.0–5.0, пользовательский интерфейс – на языке Java. Результаты разработок использованы в хоздоговорах c АО «ГОЗНАК».

 

Учебная работа. Разработаны и прочитаны новые курсы по французскому языку:

– Буквализм в теории и истории франкоязычного перевода (вед.н.с. Е.Э. Разлогова, для аспирантов);

– Некоторые актуальные проблемы лингвистики в интерпретации французских исследований (вед.н.с. Е.Э. Разлогова, по выбору);

– Теория перевода (вед.н.с. Е.Э. Разлогова, обязательный).

 

Конференции. 50 сотрудников приняли участие в 112 научных конференциях, сделано 197 докладов.

Организованы и проведены:

– Ломоносовские чтения. Секция вычислительной математики и кибернетики (25 апр.);

– международная конференция «Суперкомпьютерные дни в России» (24–25 сент.).

– международная Летняя Суперкомпьютерная Академия 2018;

– всероссийская конференция с международным участием «От языковых машинных фондов к лингвистическим корпусам: памяти В.М. Андрющенко» (28–29 сент.).

 

Доктора и кандидаты наук 2018 г. Вед.н.с. лаборатории суперкомпьютерного моделирования природно-климатических процессов Степаненко Виктор Михайлович защитил докторскую диссертацию «Математическое моделирование теплового режима и динамики парниковых газов в водоёмах суши». В работе оценена применимость распространённых одномерных моделей водоёма, в т.ч. авторской модели LAKE, к описанию теплообмена в озёрах умеренных широт. Показано также, что метод ковариации пульсаций для вычисления турбулентных потоков над небольшими озёрами даёт в среднем заниженные относительно поверхности значения потоков явного и скрытого тепла и завышенные значения потока импульса, что вызвано существенной неоднородностью приводного слоя атмосферы. На основе экспедиционных измерений, аналитических оценок и расчётов при помощи модели LAKE раскрыты на количественном уровне механизмы формирования заглублённого максимума температуры в озёрах, стратифицированных по солёности. Показано, что сопоставимый вклад в величину максимума вносят: поглощение радиации под пресным перемешанным слоем, вертикальная теплопроводность, теплообмен с донными отложениями, динамика температуры перемешанного слоя и суточный ход толщины слоя максимума температуры. Предложен новый подход к учёту сейшевых колебаний в одномерной модели водоёма. Средний горизонтальный градиент давления рассчитывается посредством сопряжения одномерной модели с линеаризованной многослойной моделью типа мелкой воды. Дополненная таким образом одномерная модель характеризуется дисперсионными соотношениями, качественно и количественно согласующимися с известными аналитическими решениями для гравитационных и инерционно-гравитационных волн в водоёмах различного горизонтального сечения. Впервые показано отношение эффектов силы Кориолиса и гравитационных колебаний в вертикальном перемешивании в замкнутых водоёмах. При горизонтальных размерах водоёма, сильно превышающих радиус деформации Россби LR, гравитационные колебания играют несущественную роль по сравнению с вращением, и используемые во всех одномерных моделях уравнения движения в приближении пограничного слоя правомерны. Если хотя бы один горизонтальный размер значительно меньше LR (т.е., порядка сотен метров для характерной летней стратификации в умеренных широтах), гравитационные колебания преобладают над инерционными, и в осреднённом уравнении движения должен присутствовать горизонтальный градиент давления. Создан биогеохимический блок для одномерной модели водоёма, описывающий основные процессы, определяющие эмиссию метана и углекислого газа в атмосферу: генерацию газов в донных отложениях, вертикальный диффузионный и пузырьковый перенос, окисление в водной толще, фотосинтез, разложение органических остатков. Показано, что, несмотря на наличие множества биогеохимических констант, модельный поток метана в атмосферу эффективно контролируется одним параметром – множителем, определяющим интенсивность генерации метана в донных отложениях.

 

Кандидатские диссертации защитили: мл.н.с. лаборатории компьютерной безопасности Быстрицкий Николай Дмитриевич («Методика и инструментальное средство оценки корректности функционирования информационных ресурсов»); мл.н.с. лаборатории суперкомпьютерного моделирования природно-климатических процессов Варенцов Михаил Иванович («Анализ и моделирование мезоклиматических особенностей Московской агломерации»).

 

Персоналии. Директор НИВЦ А.В.Тихонравов награждён орденом Дружбы «за заслуги в развитии науки и многолетнюю добросовестную работу».

 

Публикации. Опубликовано 5 монографий (включая главы в коллективных монографиях), 6 учебных пособий, 141 статья в научных журналах, в т.ч. 73 в журналах, индексируемых в Web of Science и Scopus, 114 тезисов докладов.

Получено 16 свидетельств о регистрации программ.

Издан новый том электронного журнала «Вычислительные методы и программирование. Т.19».

 

 

Дорофеева Е.А., Смирницкая О.А., Чекалина Е.М. и др. У истоков российской скандинавистики: портреты филологов и переводчиков;

Михеев М.Ю. А.К.Гладков о поэтах, современниках и – немного о себе... Из дневников и записных книжек.

 

 

Авраамова О.Д., Куцаева Е.А., Макарова Е.А. и др. Автоматизированная информационная система «Штатное расписание МГУ – 2018»;

Арушанян О.Б., Залеткин С.Ф. Решение систем обыкновенных дифференциальных уравнений одношаговыми методами;

Жуматий С.А., Стефанов К.С. Суперкомпьютеры: администрирование;

Михайлов Е.А. Магнитная гидродинамика и теория динамо.

 

Адрес страницы центра: http://www.rcc.msu.ru/