• разработка и согласование эскизной документации на СБИС.

Отчетные материалы по этой работе - комплект эскизной конструкторской документации на СБИС.

Для выполнения договорных обязательств в 4 квартале 2000 года по заданию 1 были выполнены следующие работы:
1. Проводилось сопровождение разработки СБИС ОВС на Унитарном предприятии "Белмикросистемы" (УП "Белмикросистемы"),  г. Минск.
Специалисты "СКС" приняли участие в трех технических совещаниях со специалистами НИКТП "Белмикросистемы". Протоколы технических совещаний представлены в Приложении 1.
2. Разработана и согласована с УП "Белмикросистемы" эскизная документация на протестированную VHDL модель СБИС. Эскизная конструкторская документация на СБИС процессорных элементов для модели первого ряда семейства суперкомпьютеров представлена в Приложении 1.

2.2. Задание 2, этап 2.1. "Разработка рабочей конструкторской документации (РКД) для изготовления опытных образцов базовых вычислительных модулей суперкомпьютерных систем кластерного уровня (БВМ КУ). Изготовление образцов экспериментальной конфигурации суперкомпьютерной системы кластерного уровня (ЭКСС КУ)". 

Соисполнитель - НИЦЭВТ.
Календарным планом проведения работ по договору N ВС-491 от 09 августа 2000 года по заданию 2 в 4 квартале 2000 года предусмотрено проведение следующей работы:

• разработка РКД для изготовления опытных образцов БВМ КУ;
  
• согласование технических решений по БВМ ОВС;
  
• разработка РКД на экспериментальную конфигурацию суперкомпьютерных систем кластерного уровня;
  
• создание и тестирование экспериментальной конфигурации суперкомпьютерной системы кластерного уровня на демонстрационных задачах.
  

Отчетные материалы по этим работам - комплект РКД на БВМ КУ, согласованные с НИО "Кибернетика" НАН Беларуси технические требования на БВМ ОВС и БКСС КУ, протоколы тестирования.

Для выполнения договорных обязательств в 4 квартале 2000 года по заданию 2 были выполнены следующие работы:
1. Разработаны базовые вычислительные модули кластерного уровня (БВМ КУ), удовлетворяющие следующим требованиям: - частота микропроцессоров 600 Мгц;
- объем оперативной памяти 500 Мбайт;
- объем внешней памяти 10 Гбайт;
- пиковая производительность 1.2 Гфлопс.
2. Разработана управляющая ЭВМ (сервер), удовлетворяющая следующим требованиям:
- частота микропроцессора 500 Мгц;
- объем оперативной памяти 256 Мбайт;
- объем внешней памяти 20 Гбайт;
- память видеоадаптера 16 Мбайт.
3. Разработаны базовые конструкции для БМВ КУ и ЭКСС КУ (совместно с НИИЭВМ), в которых обеспечен модульный конструктивный принцип построения на базе 19-дюймовых конструкций.
4. Разработана экспериментальная конфигурация суперкомпьютерной системы кластерного уровня (ЭКСС КУ), удовлетворяющая следующим требованиям:
- количество вычислительных узлов (БВМ) - 16;
- управляющая коммуникационная среда типа - Fast Ethernet, топология - звезда, скорость обмена - 100 Мбит/сек;
- быстрая коммуникационная среда типа SCI (Scalable Coherent Interface), топология - 2-мерный тор размерностью 4х4, скорость обмена 3200 Мбит/сек;
- возможность подключения рабочих станций.
5. Разработана эскизная конструкторская документация и рабочая конструкторская документация, достаточная для изготовления опытных образцов базовых вычислительных модулей (БВМ КУ) и экспериментальной конфигурации суперкомпьютерной системы кластерного уровня (ЭКСС КУ).
6. Изготовлены два опытных образца экспериментальной конфигурации суперкомпьютерной системы кластерного уровня - см.
Рисунок 1.

Рисунок 1. Опытный образец экспериментальной конфигурации
суперкомпьютерной системы кластерного уровня (Переславль-Залесский, ИПС РАН)

7. Установлены базовые программные средства на опытных образцах ЭКСС КУ.
8. Проведена комплексная наладка опытных образцов ЭКСС КУ.
9. Проведены измерения производительности опытных образцов ЭКСС КУ.

Комплект РКД на БВМ КУ, технические требования на БВМ ОВС и БКСС КУ и протоколы тестирования ЭКСС КУ, оформленные в виде отчета, представлены в Приложении 2.

2.3. Задание 6, этап 6.1. "Проектирование и реализация программной документации (ПД) программного обеспечения (ПО) кластерного уровня (КУ) в части ОС КУ, системной сети КУ и программных средств поддержки параллельных вычислений"

Календарным планом проведения работ по договору N ВС-491 от 09 августа 2000 года по заданию 6 в 4 квартале 2000 года предусмотрено проведение следующих работ:

• проектирование и реализация программной документации (ПД) программного обеспечения кластерного уровня в части:

- ОС кластерного уровня;
- системной сети КУ;
- программных средств поддержки параллельных вычислений, включая MPI и ядро Т-системы.
Отчетные материалы по этим работам - программная документация, протоколы предварительных тестовых прогонов.

Для выполнения договорных обязательств в 4 квартале 2000 года по заданию 6 были выполнены следующие работы:
1. Реализовано расширение сетевой версии Т-системы, разработана архитектура объединенной версии ядра Т-системы и реализованы ее базовые компоненты.
1.1. Разработано и реализовано расширение сетевой версии Т-системы механизмами работы с распределенными функциональными монотонными объектами в части объектов-констант.
1.2. Разработана базовая архитектура и методы реализации объединенной версии ядра Т-системы. Объединенная версия использует программно-технические решения, выработанные при реализации LAN- и SMP-вариантов Т-ядра. Основные особенности разработанной архитектуры Т-ядра заключаются в ее направленности на обеспечение:
- эффективного использования аппаратуры вычислительных модулей с SMP-архитектурой в составе кластера (суперкомпьютера);
- принципиальной возможности использовать различные базовые механизмы и протоколы обмена сообщениями (IP, MPI).
1.3. Реализованы базовые компоненты объединенной версии ядра Т-системы, обеспечивающие:
- использование ScaMPI в качестве средства поддержки коммуникационной среды SAN типа SCI;
- поддержку универсальных механизмов управления общей памятью, совместимых с программной архитектурой Т-ядра, использующего MPI в качестве базового средства поддержки коммуникаций.
1.4. Проведен перенос из сетевой и SMP-версий ядра Т-системы в объединенную версию программного кода, реализующего:
- поддержку легковесных процессов (компонента TThresds);
- механизм системных вызовов Т-ядра (обращений Т-процессов к ядру Т-системы);
- механизмы поддержки сетевого взаимодействия процессов-исполнителей, работающих под управлением Т-системы.
1.5. Проведена отладка и тестирование объединенной версии Т-системы с использованием простой тестовой задачи на опытном образце экспериментальной конфигурации суперкомпьютерной системы кластерного уровня (ЭКСС КУ). Описание ядра Т-системы приведено в Приложении 3, исходные тексты системы программирования находятся у Исполнителя от РФ.

2. Разработаны, реализованы (или модифицированы ранее реализованные) демонстрационные и тестовые задачи для Т-системы.

Для тестирования рабочей версии Т-системы и оценки ее реальных характеристик реализовано ряд тестовых и демонстрационных задач.

2.1. Решение транспортной задачи для Т-системы

Рассматриваемая задача, является базовой для задачи глобальной оптимизации системы обслуживания большого региона автотранспортом, базирующимся в разных местах. Данная задача решалась с использованием Т-системы при различных конфигурациях кластера ИПС РАН. Практические расчеты производились для графа, содержащего 670,024 узла и 707,833 ребер, соединяющих данные узлы - полная сеть автомобильных дорог Бельгии. Пять узлов являлись узлами начала и конца движения (гаражами). Расчетная схема содержала 3720 точек обслуживания. Решение транспортной задачи показало, что Т-система поддерживает высокую эффективность автоматического распараллеливания программы преобразования графа.

В 4 квартале 2000 года проведены подробные тестовые расчеты на трех кластерах (ИПС РАН, НИВЦ МГУ, ЦТТИ МГУ). Создана демонстрационная (для Т-системы ) версия приложения, показывающая решение задачи трансформации графа в условиях распараллеливания. Разработан и реализован модифицированный алгоритм трансформации графа с поиском минимальных путей. Новые варианты программ работают на порядок (в 10 раз) быстрее предыдущих.

2.2. Распараллеливание решения системы линейных уравнений методом Гаусса в поле P2

Разработан алгоритм решения задачи. Написаны и отлажены первые варианты программ. Проведены соответствующие первичные
тестовые расчеты.

2.3. Разработка высокопроизводительного процессора обработки графов Проведен анализ литературы, рассмотрены используемые схемы баз данных и баз знаний. Закончено проектирование граф-машины на базе нового ядра Т-системы. Разработан язык запросов нижнего уровня - GQL. Написаны и отлажены классы для хранения графов, реализации элементарных операций.

2.4. Исследование производительности MPI и Т-системы при передаче данных

Проведено изучение литературы. На стадии отладки находится программа, которая передает между двумя процессами данные (описанных выше типов): в первом случае последовательно, по одному; во втором случае - группой, после чего сравнивает время прохождения данных и выявляет специфику групповой отправки данных с точки зрения минимума затраченного времени.

Отчеты о тестировании Т-системы по данным задачам приведены в Приложении 3.3.

2.4. Задание 7, этап 7.1 "Разработка системы тестирования для ОВС-чипа и IDE уровня макроассемблера для ОВС"

Соисполнитель - Предприятие "СКС".
Календарным планом проведения работ по договору N ВС-491 от 09 августа 2000 года по заданию 7 в 4 квартале 2000 года предусмотрено проведение следующей работы:

• разработка системы тестирования для ОВС-чипа;
• разработка IDE уровня макроассемблера для ОВС.
  

Отчетные материалы по этой работе - программная документация, протоколы предварительных тестовых прогонов.

Для выполнения договорных обязательств в 4 квартале 2000 года по заданию 7 были выполнены следующие работы:
1. Проведена проверка соответствия VHDL-модели процессорного элемента, разработанной УП "Белмикросистемы", и программной модели, разработанной предприятием "СКС", с функциональным описанием и временными диаграммами работы процессорного элемента (ПЭ). Для этого осуществлялись тестовые прогоны. Устранен ряд ошибок в программной модели "СКС" и в VHDL-модели УП "Белмикросистемы". Специалисты "СКС" откорректировали и передали в УП "Белмикросистемы":
- функциональное описание СБИС ОВС - MiniTera II M;
- описание системы команд процессора СБИС ОВС - MiniTera II M;
- временные диаграммы режима вычислений, изменений режима, загрузки-выгрузки программ;
- программу моделирования и генерации тестов;
- программы тестов процессорного элемента.
2. Разработаны тесты для проверки схемной модели СБИС. Тесты позволяют проверить загрузку команд в процессоры и переключение режимов работы.
3. Спроектирована IDE уровня макроассемблера для БВМ ОВС. IDE предназначена для разработки и отладки системных и прикладных программ БВМ ОВС. В ходе проектирования было принято решение интегрировать IDE уровня макроассемблера и уровня ассемблера. Графическая оболочка IDE спроектирована развиваемой, и впоследствии в нее будут включены средства отладки и запуска программ БВМ ОВС.
4. В процессе реализации программ IDE разработаны:
- графическая оболочка интегрированной системы подготовки и отладки программ на уровне макроассемблера для базового вычислительного модуля (БВМ) ОВС гибридного суперкомпьютера, включающая графический редактор и средства работы с макросами;
- библиотекарь, предназначенный для хранения и управления библиотеками макросов, графов, типов данных, внешних устройств и организации доступа к этим объектам со стороны пользователя, а также со стороны других модулей проекта ("Графический редактор", "Эмулятор", "Отладчик");
- отладчик, состоящий из эмулятора матрицы ОВС и программы задания входных данных и контрольных точек, а также просмотра результатов эмуляции.
5. IDE уровень макроассемблера отлажен на тестовых задачах для ОВС:
- быстрое преобразование Адамара для 16-точечной последовательности;
- медианная фильтрация изображения.
Подготовлен протокол тестирования предварительной (альфа) версии интегрированной системы подготовки и отладки программ
для БВМ ОВС.

Документация (описание применения, руководства программиста) на разработанные программы, описание IDE уровня макроассемблера для БВМ ОВС и протокол тестирования представлены в Приложении 1, исходные тексты программ находятся у Исполнителя от РФ.

2.5. Задание 8, этап 8.1. "Проектирование и реализация программной документации (ПД) языковых средств программного обеспечения (ПО) кластерного уровня (КУ) в части компилятора и редактора связей Т-языка"

Календарным планом проведения работ по договору N ВС-491 от 09 августа 2000 года по заданию 8 в 4 квартале 2000 года предусмотрено проектирование и реализация (с последующим развитием) языковых средств программного обеспечения (ПО) кластерного уровня (КУ) в части компилятора и редактора связей Т-языка.
Отчетные материалы по этим работам - программная документация, протоколы предварительных тестовых прогонов.

Для выполнения договорных обязательств в 4 квартале 2000 года по заданию 8 были выполнены следующие работы:

1. Реализована поддержка модульности и раздельной компиляции в языке программирования t2cp.

1.1. Препроцессор t2cp расширен в части поддержки в языке модульности (экспортирование-импортирование функций, возможность раздельной компиляции, возможность использования Т-библиотек). Описание прототипов экспортируемых функций (и только экспортируемых) в специальном файле, создание конструкции Т-языка для обработки информации, содержащейся в файле прототипов, и вызов внешних функций по полностью квалифицированному имени обеспечили простой механизм экспорта-импорта, который, однако, полностью исключает конфликт имен.

1.2. Разработан и реализован компилятор-сборщик t2cc, который берет на себя вторую фазу создания исполняемого файла Т-программы
- компиляции Си-модулей и дальнейшей сборки их в исполняемый файл. Таким образом, создание исполняемого файла
компилятором t2cc происходит в два этапа:

- на первом этапе компилятор вызывает препроцессор t2cp, который преобразует входные модули с текстом на языке t2cp в соответствующие им модули на языке программирования Си;
- на втором этапе компилятор формирует список аргументов для передачи стандартному Си-компилятору (GCC), который и осуществляет дальнейшую сборку всех модулей в исполняемый файл Т-программы.

В качестве входных файлов компилятор t2cc может получать исходные файлы на языке t2cp, Си-модули, которые ранее были получены из Т-модулей путем контекстного препроцессирования, обычные Си-модули, Т- или Си-библиотеки. Кроме специализированных опций компилятора t2cc, ему могут передаваться все стандартные опции Си-компилятора (GCC). Компилятор t2cc анализирует и сортирует все входные аргументы, выполняет всю подготовительную работу для вызова препроцессора t2cp и компилятора GCC. Использование компилятора t2cc упрощает процесс отладки и сборки Т-программ.

2. Язык программирования t2cp получил дальнейшее развитие, а именно:
- реализована возможность вызова Т-функции по Т-указателю (паре "номер модуля - номер функции в этом модуле") и, как следствие, возможность описания в Т-языке функций высшего порядка (функция высшего порядка в Т-языке - это такая функция, которая в виде звена-аргумента получают Т-указатель на вызываемую ей другую функцию);
- реализован "множественный scope" - возможность в Си-функции использовать переменные и выходы нескольких Т-функций одновременно. Раннее такая возможность предоставлялась только для переменных и выходов одной Т-функции;
- реализованы дополнительные возможности для осуществления скалярных операций со звеньями, в том числе возможность хранения в звене небольшой Си-структуры, размеры которой не превышают размера доступной памяти звена.

3. Выполнены отладка и тестирование текущей версии системы программирования t2cp на опытном образце экспериментальной конфигурации суперкомпьютерной системы кластерного уровня.
На языке t2cp реализовано ряд задач, описанных в отчете (Приложение 3). На данных задачах была отлажена и протестирована реализация системы программирования t2cp.

Описание языка t2cp, протоколы тестирования, оформленные как отчеты, представлены в Приложении 3, исходные тексты системы программирования находятся у Исполнителя от РФ.

2.6. Задание 19, этап 19.1. "Проектирование и реализация предварительной версии (альфа-версии) программно-аппаратного комплекса для численного моделирования элементарных процессов газодинамики"

Соисполнитель- ИВВиБД.
Календарным планом проведения работ по договору N ВС-491 от 09 августа 2000 года по заданию 19 в 4 квартале 2000 года предусмотрено проведение следующих работ:

• разработка и реализация пользовательского интерфейса и средств визуализации для целевого суперкомпьютера;
  
• разработка эффективного параллельного солвера;
  
• отладка и тестирование (альфа) версии комплекса.

Отчетные материалы по этим работам - рабочая программная документация, протокол испытаний демонстрационной версии программного комплекса.

Для выполнения договорных обязательств в 4 квартале 2000 года по заданию 19 были выполнены следующие работы:
1. Реализован прототип программного комплекса для численного моделирования элементарных процессов газодинамики (на примере решения задачи численного моделирования процессов в химических реакторах, предназначенных для разложения силана в ВЧ-разрядной плазме - PECVD), в частности, в 4 квартале 2000 года
- разработан и реализован пользовательский интерфейс и средства визуализации для целевого суперкомпьютера;
- разработан эффективный параллельный солвер.

Созданная альфа-версия (прототип) программного комплекса предназначена для численного моделирования физико-химических процессов в PECVD-реакторах в интерактивном режиме и включает в себя оболочку пользователя, химический редактор, расчетный модуль, программу обработки и визуализации результатов, а также многопользовательский интерфейс, позволяющий проводить все расчеты и управлять распараллеливанием программы удаленно, используя Интернет-браузер.
Одним из основных требований к создаваемой программной системе было обеспечение ее доступности для широкого круга пользователей, не являющихся разработчиками данной программы. Для этого программная система была снабжена удобным пользовательским интерфейсом, допускающим интерактивное управление выбором постановки задачи и контролем хода вычислений, средствами визуализации результатов расчетов.
Программный комплекс снабжен руководствами пользователя и системного администратора, а также on-line справочной системой.

2. Проведены отладка и тестирование (альфа) версии комплекса на опытном образце экспериментальной конфигурации суперкомпьютерной системы кластерного уровня.

Проведенные расчеты подтвердили высокую эффективность предложенных численных методов, а также успешную реализацию полученного алгоритма распараллеливания, позволяющего использовать неявные вычислительные методы для расчетных областей произвольной геометрии на вычислительном кластере массивно-параллельной архитектуры.

В дальнейшем планируется создание новых компонент для улучшения оболочки пользователя, специализированной для научных задач. Кроме того, предполагается создание расширенных средств взаимодействия между оболочкой и расчетным модулем, интеграция оболочки и визуализатора, а также включение в программный комплекс модуля для расчета плазменного разряда, а также расширение возможностей основного вычислительного модуля (возможность описания более сложной геометрии реакторов, оптимизация распараллеливания вычислительного алгоритма).

Кроме того, предполагается, что с помощью программной компоненты G_Ched (химический редактор) будет формироваться только система реакций, анализируя которую будут определяться химические компоненты, участвующие в процессе. Все необходимые физико?химические свойства для различных компонент и, при необходимости, константы скоростей реакций будут автоматически определятся из соответствующих баз данных.

Описание разработанного программного комплекса, протокол тестирования, представлены в Приложении 4, исходные тексты системы программирования находятся у Исполнителя от РФ.

2.7. Задание 21, этап 21.1 "Научно-техническое и организационное сопровождение выполнения совместной программы".

В рамках задания 21 в 4 квартале 2000 года были выполнены следующие основные работы:

• проведено совещание представителей Заказчика и Исполнителей от РФ и РБ о ходе выполнения заданий совместной Программы "СКИФ" 14..15/11/2000, Переславль-Залесский (организаторы совещания - ИПС РАН и НИО "Кибернетика" НАН Беларуси);
  
• Исполнителем от РФ - ИПС РАН подготовлена справка-отчет о выполнении работ за 4 квартал 2000 года по договору N ВС-491
  от 09 августа 2000 года;
  
• -по заказу Исполнителя от РФ Научным центром "ЭКОПРОГНОЗ" проведено исследование возможностей и путей реализации компьютерной системы "Экопрогноз" на аппаратно-программной платформе суперкомпьютера, разрабатываемого по Программе "СКИФ" (Приложение 5).
  

3. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Все работы, предусмотренные в 4 квартале 2000 года в соответствии с Календарным планом проведения работ по договору N ВС-491 от 09 августа 2000 года, выполнены в полном объеме. Отчетные материалы по результатам работ за 4 квартал 2000 года оформлены надлежащим образом и находятся у Исполнителя - Института программных систем РАН.

Заказчиком произведен полный расчет в соответствии с договором за выполненные работы в 4 квартале 2000 году и за 2000 год в целом.

Отчет по работам в 4 квартале 2000 года по форме федерального государственного статистического наблюдения N 1-Союз "Сведения о ходе выполнения совместных программ" представлен в установленные сроки.



Исполнительный директор Программы от РФ
директор ИЦМС ИПС РАН __________________ Абрамов С.М.


Главный бухгалтер ИПС РАН __________________ Викторова А.Н.