Эксπир
Регистрация / Вход

Исследование и разработка технологии суперкомпьютерного молекулярного моделирования на базе реконфигурируемых вычислительных систем.

Стадии проекта
Предложение принято
Конкурс завершен
Проект закончен
Проект
02.514.11.4084
Продолжительность работ
2008 - 2009, 15 мес.
Бюджетные средства
12 млн
Внебюджетные средства
5 млн

Исследование и разработка технологии суперкомпьютерного молекулярного моделирования на базе реконфигурируемых вычислительных систем и создание на ее основе программного комплекса молекулярного моделирования и конструирования ингибиторов для заданных макромолекул.

Соисполнители

Организация
ООО "НИЦ СЭ и НК"

Этапы проекта

1
08.08.2008 - 31.10.2008
АННОТАЦИЯ РАБОТ,
ВЫПОЛНЕННЫХ НА ОТЧЕТНОМ ЭТАПЕ № 1
«Теоретические исследования поставленных перед НИР задач»
государственного контракта с Федеральным агентством по науке
и инновациям от 08 августа 2008 г. № 02.514.11.4084.

Цель работы
Исследование и разработка технологии суперкомпьютерного молекулярного моделирования на базе реконфигурируемых вычислительных систем и создание на ее основе программного комплекса молекулярного моделирования и конструирования ингибиторов для заданных макромолекул

1. Наименование разрабатываемой научной (научно-технической, инновационной) продукции
Программный комплекс молекулярного моделирования и конструиро-вания ингибиторов для заданных макромолекул на базе реконфигурируемых вычислительных систем.

2. Характеристика выполненных на этапе работ по созданию продукции
Работа посвящена исследованию технологии суперкомпьютерного молекулярного моделирования на базе реконфигурируемых вычислительных систем и создание на ее основе программного комплекса молекулярного моделирования и конструирования ингибиторов для заданных макромолекул. Проведен анализ научно-технической литературы и патентные исследования. Сделан выбор и обоснование принятого направления исследований и способов решения поставленных задач. Разработаны методы и средства представления вычислительно-трудоемких фрагментов задачи суперкомпьютерного молекулярного моделирования для решения на реконфигурируемых вычислительных системах.
Развернуть
2
01.11.2008 - 31.12.2008
2.1 В результате выполнения второго этапа НИР получены следующие научно-технические результаты.
Разработана методика синтеза масштабируемой параллельной про-граммы, адаптированная к предметной области молекулярного конструиро-вания, для реализации задач суперкомпьютерного молекулярного конструи-рования на реконфигурируемой вычислительной системе (РВС). Разработаны методы и алгоритмы синтеза информационных графов вычислительно-трудоемких фрагментов задач, методы преобразования синтезированных ин-формационных графов к виду, обеспечивающему эффективную структурную реализацию на реконфигурируемой вычислительной системе и выбору эф-фективной реализации подграфа задачи на основе оценки эффективности ре-зультатов декомпозиции информационного графа задачи на подграфы.
Исследованы различные варианты параллельно-конвейерной реализа-ции разработанных информационных графов вычислительно-трудоемких фрагментов докинга и квантовохимических расчетов задачи суперкомпью-терного молекулярного моделирования на реконфигурируемых вычисли-тельных системах при различном доступном аппаратном ресурсе.
Разработаны IP-ядра для реализации подграфов вычислительно-трудоемких фрагментов докинга и квантовохимических расчетов для рекон-фигурируемых вычислительных систем.
Разработано и создано системное программное обеспечение для аппа-ратной платформы комплекса суперкомпьютерного молекулярного модели-рования.
2.2 Впервые разработана методика для реализации на реконфигури-руемых вычислительных системах программ докинга и квантовой химии. Значительную трудность при построении графов для программы докинга со-ставляет адаптация генетического алгоритма для РВС. Реализация на РВС программы квантовой химии требует эффективного совмещения стандарт-ных процедур линейной алгебры со сложной организации вычислений.
2.3 Для реализации на РВС процедура докинга была разделена на две компоненты: нахождение положения лиганда в активном центре протеина и вычисление энергии взаимодействия лиганд-протеин в найденном оптималь-ном положении. Такое разделение позволило построить два конвейерных графа для процедуры позиционирования и один конвейерный граф для про-цедуры оценки энергии. Построенные информационные графы позволяют описать аппаратную реализацию решения задачи докинга в зависимости от имеющегося аппаратного ресурса. А оценка производительности системы позволяет выбрать конкретный метод для реализации алгоритма задачи в за-висимости от имеющегося объема оборудования.
Самым трудоемким фрагментом задачи квантовой химии является рас-чет собственных значений матрицы конфигурационных взаимодействий. В ходе второго этапа был разработан информационный граф, позволяющий найти собственные значения матрицы методом Якоби, который эффективен при параллельно-конвейерной реализации в зависимости от доступного ап-паратного ресурса РВС.
Разработан оригинальный пакет программ квантовой химии СИРИН. Отличительной особенностью этого пакета, во многом определяющей его новизну, является учет электронных корреляций в режиме полного конфигу-рационного взаимодействия и в режиме выбранного активного пространства. Пакет реализован на языке С++, что обеспечивает его
гибкость и компактность.
2.4 На отчетном этапе была подана заявка на регистрацию программы квантовой химии «Сирин» в официальном бюллетене «Программы для ЭВМ. Базы данных. Топологии интегральных микросхем» Федеральной службе по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам.
Развернуть
3
01.01.2009 - 31.07.2009
Разработаны Программы и методики экспериментальных исследований Проведены экспериментальные исследования работоспособности и эффективности разработанного Прототипа. Проведена Апробация разработанного Прототипа в профильных организациях.
Развернуть
4
01.08.2009 - 30.11.2009
Реализованы мероприятия по достижению технико-экономических показателей (п. 5 Технического задания). Оформлена итоговая отчетная научно-техническая документация.
Развернуть

Программа

Программа "Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2013 годы"

Программное мероприятие

1.4 Проведение проблемно-ориентированных поисковых исследований и создание научно-технического задела по перспективным технологиям в области информационно-телекоммуникационных систем
Проведение поисковых научно-исследовательских работ в области тех-нических наук: 1. Обоснование подходов, методов и технологий спряжения высокопроизводительного программного комплекса для моделирования наноразмерных атомно-молекулярных структур HPC-NASIS с вычислительной инфраструктурой системы СКИФ-Грид; 2. Обоснование подходов, методов и технологий спряжения высокопроизводительного программного комплекса для моделирования наноразмерных атомно-молекулярных структур HPC-NASIS с вычислительной инфраструктурой системы BNB-Грид; 3. Исследование эффективности использования программного комплекса HPC-NASIS и вычислительной инфраструктуры BnB-Грид, и разработка методов управления процессом вычислений; 4. Обоснование возможностей использования технологии CAEBeans для подключения перспективных сервисов в составе высокопроизводительного программного комплекса для моделирования наноразмерных атомно-молекулярных структур HPC-NASIS; 5. Обоснование подходов, методов и технологий обработки данных высокопроизводительного программного комплекса HPC-NASIS для классификации процессов и явлений в наноразмерных атомно-молекулярных структурах; 6. Обоснование подходов, методов и технологий автоматизированного тестирования и оценки надежности перспективных программных сервисов, инкорпорируемых в состав высокопроизводительного программного комплекса для моделирования наноразмерных атомно-молекулярных структур HPC-NASIS; 7. Проведение высокоточных расчетов электронной структуры нанотрубок с учетом эффектов электронных корреляций с использованием высокопроизводительного программного комплекса для моделирования наноразмерных атомно-молекулярных структур HPC-NASIS; 8. Обоснование подходов и методов интеграции внешних проблемно-ориентированных вычислительных модулей в высокопроизводительный программный комплекс для моделирования наноразмерных атомно-молекулярных структур HPC-NASIS; 9. Проведение первопринципных расчетов термодинамических и структурных свойств сильновзаимодействующих квантовых кулоновских систем с использованием высокопроизводительного программного комплекса для моделирования наноразмерных атомно-молекулярных структур HPC-NASIS; 10. Проведение первопринципных расчетов энергетического спектра атомов, молекул и атомно-молекулярных кластеров с использованием высокопроизводительного программного комплекса для моделирования наноразмерных атомно-молекулярных структур HPC-NASIS
Продолжительность работ
2009, 3 мес.
Бюджетные средства
2,2 млн
Организация
Университет ИТМО
профинансировано
Тема
Исследование и разработка технологии суперкомпьютерного молекулярного моделирования на базе реконфигурируемых вычислительных систем.
Продолжительность работ
2008 - 2009, 16 мес.
Бюджетные средства
12 млн
Количество заявок
2
Тема
Создание программно-вычислительного комплекса для компьютерного моделирования наноструктурных сорбентов и процессов адсорбции
Продолжительность работ
2014 - 2016, 26 мес.
Бюджетные средства
48,6 млн
Количество заявок
8
Тема
Разработка высокопроизводительного программного комплекса для квантово-механических расчетов и моделирования наноразмерных атомно-молекулярных систем и комплексов.
Продолжительность работ
2008 - 2009, 12 мес.
Бюджетные средства
140 млн
Количество заявок
3
Тема
Разработка реконфигурируемой вычислительной системы РВС-7 и организация на ее основе производства реконфигурируемых вычислительных систем с производительностью до 1015 операций в секунду в одностоечном конструктиве 47U.
Продолжительность работ
2011 - 2013, 26 мес.
Бюджетные средства
150 млн
Количество заявок
1
Тема
Создание функционирующего в режиме удалённого доступа интерактивного учебно-научного комплекса для выполнения работ в области моделирования наноразмерных атомно-молекулярных структур, наноматериалов, процессов и устройств на их основе, в распределенной вычислительной среде.
Продолжительность работ
2010 - 2011, 12 мес.
Бюджетные средства
18 млн
Количество заявок
1