Методи керування динамічним аналізом складних об’єктів на мультипроцесорних обчислювальних системах
DSpace at NTB NTUU KPI
Переглянути архів Інформація| Поле | Співвідношення | |
| Title |
Методи керування динамічним аналізом складних об’єктів на мультипроцесорних обчислювальних системах
|
|
| Creator |
Фіногенов, Олексій Дмитрович
|
|
| Description |
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.13.12 – Системи автоматизації проектувальних робіт. – Національний технічний університет України “Київський політехнічний інститут”. – Київ, 2010. Дисертація присвячена дослідженню та розробці методів керування обчисленнями при динамічному аналізі складних об’єктів із застосуванням мультипроцесорних обчислювальних систем (МОС). В роботі розглянуто сучасний стан САПР та виділені основні етапи використання МОС засобами схемотехнічного проектування. Запропоновано використання сучасних інструментальних засобів для підвищення надійності вирішення задач динамічного аналізу об’єкту та розглянуто існуючі методи керування обчисленнями при динамічному аналізі. Показано неоптимальність існуючих співвідношень для керування обчисленнями на базі методу чисельного інтегрування, що використовує різниці вищих порядків та запропоновано використання множини порядків методів та розмірів кроку для підвищення надійності. Розглянуто особливості збільшення кроку інтегрування та його вплив на надійність вирішення задач динамічного аналізу, та запропоновано використання вектору коефіцієнтів розміру кроку із зменшенням. Розроблено методи керування обчисленнями, які, в залежності від методу, забезпечують максимізацію кроку інтегрування, мінімізацію локальної похибки або мінімізацію кількості ітерацій Ньютона. Експериментально доведено збільшення ефективності та надійності запропонованих методів керування. Розроблено схеми обміну даними для МОС з розподіленою та спільною пам’ятями та отримані теоретичні оцінки комунікаційної складності та часу виконання. Показана можливість апріорної оцінки складності обчислень та сформульовано рекомендації щодо використання запропонованих методів керування в залежності від характеристик та архітектури МОС. Перевірку ефективності та оцінок часу методів керування обчисленнями, реалізованих у складі пакету схемотехнічного проектування Allted, здійснено на суперкомп’ютері НТУУ «КПІ». Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.13.12 – Системы автоматизации проектировочных работ. – Национальный технический университет Украины “Киевский политехнический институт”. – Киев, 2010. Диссертация посвящена исследованию и разработке методов управления вычислениями при динамическом анализе сложных объектов с использованием мультипроцессорных вычислительных систем (МВС). В работе проведен анализ уровней алгоритмизации задач средствами схемотехнического проектирования. На основании выделенных этапов проанализировано современное состояние САПР и определено недостаточное использование наиболее производительных МВС - систем кластерного типа. Предложено использование возможностей современных инструментальных средств для повышения надежности решения на этапе динамического анализа объекта. Рассмотрены существующие методы управления вычислениями в современных пакетах САПР и в качестве опорного метода выбран неявный метод численного интегрирования на основе разностей высших порядков, альтернативный методу Гира. В работе разработаны алгоритмы, позволяющие оценить оптимальность выбора порядка метода и размера шага. На основании решения тестового набора схем, включающего схемы, разработанные институтом Беркли для анализа пакетов схемотехнического проектирования, показаны недостатки существующих соотношений для управления вычислениями и предложено использование множества порядков методов и размеров шага для повышения надежности решения. Показана неэффективность использования алгоритма уменьшения шага в два раза при его отказе. Рассмотрены особенности использования коэффициентов размера шага с увеличением, по отношению к базовому размеру шага. Экспериментально показано, что увеличение размера шага может привести к неадекватности результатов моделирования, что снижает надежность решения задач динамического анализа, и предложено использование вектора коэффициентов шага с уменьшением. Проведен анализ критериев выбора лучшего значения и указаны их достоинства и недостатки при различных способах формирования множества порядков и размеров шага. Разработаны методы управления вычислениями, которые, в зависимости от метода, обеспечивают максимизацию шага интегрирования, минимизацию локальной погрешности или минимизацию количества итераций в методе Ньютона. На основании набора тестовых задач, экспериментально показано увеличение эффективности и надежности предложенных методов управления вычислениями по сравнению с опорным методом, при использовании как прямой, так и косвенной оценок надежности. Рассмотрены временные затраты на этапы решения задачи динамического анализа объекта опорным методом. Определены типы данных, необходимых для начала работы алгоритма решения, в процессе решения и для формирования результатов. Разработана модель обмена данными для метода управления вычислениями с использованием множества порядков и коэффициентов размера шага. Выделены свойства разработанных методов управления вычислениями для определения типа задачи. Разработаны модели обмена данными, включающие схемы обмена данными, учитывающие тип задачи «на максимум» или «на минимум» для МВС с общей и разделенной памятью. Получены теоретические оценки коммуникационной сложности и времени выполнения параллельных алгоритмов, реализующих предложенные методы управления вычислениями. На основании погрешности определения времени выполнения с использованием разработанных оценок для систем с общей и распределенной памятью и реального времени для тестовых задач, показана применимость их использования при практических расчетах. Рассмотрены особенности эффективной генерации множества порядков и коэффициентов шага для уменьшения времени решения. Выделены параметры, входящие в состав оценок коммуникационной сложности и времени выполнения параллельных алгоритмов, которые могут быть получены путем предварительного анализа соответствующих параметров МВС или решаемых задач, и параметры, которые могут быть получены на основании статистических оценок или в процессе первичных видов анализа. Показана возможность априорной оценки сложности вычислений и сформулированы рекомендации по выбору методов управления в зависимости от характеристик и архитектуры МВС. Предложенные методы управления вычислениями реализованы в составе пакета схемотехнического проектирования Allted на суперкомпьютере НТУУ «КПИ». Ph.D. thesis on the specialty 05.13.12 – Computer Aided Design Systems. – National Technical University of Ukraine “Kyiv Polytechnic Institute”. – Kyiv, 2010. The thesis is devoted to researching and developing computing management methods in dynamic analysis of complex objects using multiprocessor computing systems (MCS). The paper reviewed the current status of CAD and highlights the main stages of MCS usage by circuit design tools. The usage of modern tools to improve the reliability of solution of the object dynamic analysis tasks is proposed and the existing computing management methods in dynamic analysis are examined. It is shown that the existing relationships to manage computations based on the method of numerical integration on the basis of differences of higher orders are non-optimal and it is suggested to use a set of method orders and step sizes to improve reliability. The features of integration step increasing and their influence on the reliability of solving dynamic analysis tasks are considered, and it is proposed to make use of the decreasing step coefficients vector. Computation management methods are developed, which depending on the method ensure the integration step maximization and the local error or number of Newton iterations minimization. An increase in efficiency and reliability of the proposed computation management methods is proved experimentally. Data exchange schemes for multiprocessor systems with common and shared memory are developed and theoretical estimations of communication complexity and execution time are obtained. The possibility of a priori estimation of computational complexity is shown and the recommendations on using management methods depending on the characteristics and architecture of MCS are given. Testing of the effectiveness and time estimation of the computation management methods implemented in the Allted circuit design package is fulfilled on the NTUU "KPI" supercomputer. |
|
| Publisher |
НТУУ "КПІ"
|
|
| Date |
2011-09-23T12:03:11Z
2011-09-23T12:03:11Z 2010 |
|
| Type |
Thesis
|
|
| Identifier |
http://library.kpi.ua:8080/handle/123456789/1118
|
|
| Language |
uk
|
|