Секция Открытых Систем

Персоналии

История

Открытые системы

Проекты

Партнеры

Новости

Контакты

РЕШЕНИЕ НЕСТАЦИОНАРНЫХ ЗАДАЧ ВАКУУМНОЙ ЭЛЕКТРОНИКИ НА КОМПЬЮТЕРНОМ КЛАСТЕРЕ ИРЭ РАН

В. Н. Корниенко, А. Я. Олейников, С. А. Соколов, В. А. Черепенин
Институт радиотехники и электроники РАН

Доклад на Международной конференции "ТЕЛЕМАТИКА 2001" (Санкт-Петербург, 18 мая - 21 июня 2001 г. )

Численные алгоритмы решения нестационарных задач в области вакуумной электроники требуют значительных вычислительных ресурсов. Наиболее эффективным здесь является метод макрочастиц, с помощью которого возможно детальное рассмотрение самосогласованной динамики как электромагнитного поля, так и его источников (заряженных частиц). Для вычисления полей обычно используются алгоритмы, основанные на конечно-разностной аппроксимации уравнений Максвелла в пространственно-временном представлении, а для решения уравнений движения заряженных частиц - какой-либо достаточно экономичный с точки зрения вычислений метод интегрирования (например, метод с перешагиванием). Связь между положением частицы и пространственной сеткой, вводимой для решения уравнений Максвелла, осуществляется методом "облако в ячейке". Один из возможных алгоритмов решения был реализован авторами применительно к нерешенной до сих пор задаче черенковского взаимодействия релятивистского электронного пучка с электромагнитным полем в сверхразмерном периодическом волноводе. Программа была написана на языке С с использованием только тех функций и языковых конструкций, которые описаны в стандартах ISO/IEC 9899:1999 и POSIX Std 1003.1.

Рассмотрение интересных с научной и практической точек зрения систем требует введения пространственных сеток с количеством узлов до десятков миллионов и около миллиона макрочастиц. Решение таких задач на одном компьютере класса P-II 450 MHz с объемом оперативной памяти в 512 MB практически невозможно - расчет одного варианта занимает несколько суток.

Для уменьшения времени расчетов в программу был внесен механизм параллельного выполнения, основанный на стандартной библиотеке функций MPI 1.1, а сама программа была размещена на компьютерном кластере ИРЭ РАН, состоящий из 16-ти 2-х процессорных рабочих станций. По тесту ScaLapack его быстродействие составляет около 1.5 GF. Выяснилось, что для рассматриваемого варианта время выполнения может быть уменьшено примерно в три раза при использовании восьми процессоров. Дальнейшее увеличение количества используемых процессоров не привело к существенному сокращению времени расчетов. Эта же программа, без внесения каких-либо изменений текста, была запущена на суперкомпьютере HP V class Межведомственного cуперкомпьютерного центра. При этом оказалось, что время выполнения одного варианта на кластере ИРЭ РАН и на HP V class практически не отличается. 

 

Персоналии

История

Открытые системы

Проекты

Партнеры

Новости

Контакты