Технологии решения сложных задач на основе динамических автоматных сетей

Аннотация

Постановка проблемы: современные суперкомпьютеры, используемые для решения сложных задач, обладают рядом недостатков как по технико-экономическим характеристикам (габариты, энергопотребление, стоимость), так и по сложности программирования реальных задач, требующих специальных приемов распараллеливания программ, в результате чего производительность суперкомпьютеров при решении реальных задач оказывается значительно ниже, чем их теоретическая производительность. Целью работы является разработка методов создания суперкомпьютеров и технологий программирования, основанных на теории динамических автоматных сетей, позволяющих существенно улучшить удельные характеристики суперкомпьютеров, а также упростить параллельное программирование для решения соответствующих задач. Результаты: сформулированы базовые принципы создания суперкомпьютеров с динамической архитектурой на основе динамических автоматных сетей, включая реализацию динамических автоматов с использованием либо интегральных микросхем с гибкой программируемой логикой, либо специально разрабатываемых отечественных больших интегральных схем. Это обеспечивает крайне высокую регулярность структуры микросхем, что существенно упрощает создание суперкомпьютеров с динамической архитектурой по сравнению с традиционными суперкомпьютерами. Предложены технологии решения сложных задач с использованием специально разработанного языка программирования, основанного на динамических автоматных сетях, а также метод «гибридного программирования», позволяющий сочетать различные аппаратные и программные средства для решения одной задачи. Практическая значимость: предложенные методы дают возможность создавать суперкомпьютеры с динамической архитектурой, многократно (в десятки и сотни раз) превосходящие традиционные суперкомпьютеры по таким удельным (в расчете на единицу производительности) характеристикам, как габариты, энергопотребление и стоимость, при этом структура аппаратной реализации суперкомпьютера значительно упрощается. Предложенные технологии программирования для решения сложных задач, включая «гибридное программирование», упрощают сам процесс параллельного программирования и повышают эффективность решения сложных задач на суперкомпьютерах.