16 декабря 2024 года в Передовой инженерной школе «Цифровой инжиниринг» Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого (ПИШ СПбПУ) состоится открытая лекция к.т.н., старшего научного сотрудника Исследовательского центра системного анализа Института программных систем имени А. К. Айламазяна РАН Сергея Амелькина.

Доклад Сергея Анатольевича посвящен решению задач проектирования высокопроизводительных вычислительных систем и комплексов, что требует согласованной разработки как программного, так и аппаратного обеспечения, включая инженерную инфраструктуру. При этом модель высокопроизводительной вычислительной системы должна включать описание не только информационных потоков, но и потоков энергии, за счёт которых вычисления могут быть реализованы.

Центральной идеей доклада спикера является построение математической модели сложных вычислительных систем и комплексов. Высокопроизводительные вычислительные комплексы рассматриваются, как сложные системы, инвариантные к преобразованию масштаба, таким образом вводится класс сложных фрактальных систем. В предложенной модели каждая подсистема сложной фрактальной системы характеризуется вектором экстенсивных параметров, описывающим состояние подсистемы. Выводится уравнение состояния, позволяющее определить движущие силы процессов, в ходе которых экстенсивные параметры изменяются. Предложенная математическая модель равновесных и неравновесных состояний основана на использовании принципа минимального производства энтропии. Для высокопроизводительных вычислительных комплексов этот принцип позволяет описать распределение информационных и энергетических потоков, выявляя и прогнозируя «узкие места» как в процессе вычислений, определяемом программным обеспечением, так и в процессах формирования оптимальных условий функционирования вычислительного комплекса.

Предложенная модель не требует дополнительных предположений о равновесии подсистем и может быть использована для многомодальных сложных систем, обменивающихся ресурсами различной природы.

Одним из важнейших процессов, ограничивающих вычислительную производительность программных систем, является процесс утилизации выделяемого процессорами тепла в окружающую среду. Энергозатраты только на охлаждение процессоров достигают 60 – 70% от энергии, потребляемой процессорами для обеспечения вычислений. Снижение уровня непроизводительных энергозатрат является важной научной проблемой, рассматриваемой в докладе. Рассматриваемые фундаментальные задачи построения теории сложных фрактальных систем имеют актуальное практическое применение для программных систем, состоящих из программного обеспечения и компьютерного оборудования.

Доклад построен на основе подготовленной Сергеем Анатольевичем диссертации, представленной на соискание учёной степени доктора физико-математических наук по специальности «2.3.5. Математическое и программное обеспечение вычислительных систем, комплексов и компьютерных сетей».