Discrete and Continuous Models and Applied Computational ScienceDiscrete and Continuous Models and Applied Computational ScienceDiscrete and Continuous Models and Applied Computational Science2658-46702658-7149Peoples' Friendship University of Russia named after Patrice Lumumba (RUDN University)8361ArticlesСтатьиResearch ArticlePrinciples of Software Construction for Simulation of Physical Processes on Hybrid Computing Systems (on the Example of GIMM FPEIP Complex)Принципы построения программного комплекса для моделирования физических процессов на гибридных вычислительных системах (на примере комплекса GIMM_FPEIP)AlexandrovE IАлександровЕвгений ИгоревичLaboratory of Information TechnologiesЛаборатория информационных технологийaleksand@jinr.ruAmirkhanovI VАмирхановИлькизар ВалиевичLaboratory of Information TechnologiesЛаборатория информационных технологийcamir@jinr.ruZemlyanayaE VЗемлянаяЕлена ВалериевнаLaboratory of Information TechnologiesЛаборатория информационных технологийelena@jinr.ruZrelovP VЗреловПётр ВалентиновичLaboratory of Information TechnologiesЛаборатория информационных технологийzrelov@jinr.ruZuevM IЗуевМаксим ИгоревичLaboratory of Information TechnologiesЛаборатория информационных технологийzuevmax@jinr.ruIvanovV VИвановВиктор ВладимировичLaboratory of Information TechnologiesЛаборатория информационных технологийivanov@jinr.ruPodgainyD VПодгайныйДмитрий ВладимировичLaboratory of Information TechnologiesЛаборатория информационных технологийpodgainy@jinr.ruSarkerN RСаркарНил РатанLaboratory of Information TechnologiesЛаборатория информационных технологийsarker@jinr.ruSarkhadovI SСархадовИброхим СLaboratory of Information TechnologiesЛаборатория информационных технологийibrohim@jinr.ruStreltsovaO IСтрельцоваОксана ИвановнаLaboratory of Information TechnologiesЛаборатория информационных технологийstrel@jinr.ruTukhlievZ KТухлиевЗафар КамаридиновичLaboratory of Information TechnologiesЛаборатория информационных технологийzafar@jinr.ruSharipovZ AШариповЗариф АлимжоновичLaboratory of Information TechnologiesЛаборатория информационных технологийzarif@jinr.ruJoint Institute for Nuclear ResearchОбъединённый институт ядерных исследований150220142NO2 (2014)№2 (2014)19720508092016Copyright ©; 2014, Александров Е.И., Амирханов И.В., Земляная Е.В., Зрелов П.В., Зуев М.И., Иванов В.В., Подгайный Д.В., Саркар Н.Р., Сархадов И.С., Стрельцова О.И., Тухлиев З.К., Шарипов З.А.2014Александров Е.И., Амирханов И.В., Земляная Е.В., Зрелов П.В., Зуев М.И., Иванов В.В., Подгайный Д.В., Саркар Н.Р., Сархадов И.С., Стрельцова О.И., Тухлиев З.К., Шарипов З.А.http://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://journals.rudn.ru/miph/article/view/8361We discuss the problem of elaborating the software systems designed for modeling of physical processes on computing systems with hybrid architecture, formulate the basic principles of construction of such complexes, and present an example of their implementation for the GIMM FPEIP complex. Complex GIMM FPEIP is intended for simulation of thermal processes in materials irradiated by heavy ion beams. The construction of GIMM FPEIP complex is done according to the requirements, intergrability of GIMM FPEIP into a complex hierarchical structure GIMM NANO and specification of the problem under solution. The complex includes the computational modules that provide parallel algorithms realized on the basis of MPI and CUDA technologies and meant for performing computations on hybrid computing systems. The GIMM FPEIP complex provides a possibility to include new computational modules and to expand the current database of physical parameters. In the construction of the complex, a module approach to the structure of the complex has been applied. This allowed realizing a number of common modules in the form of separate libraries with the possibility of their use in other software complexes. In particular, with the use of this approach, a 3D modeling complex GIMM FPEIVE was constructed. GIMM FPEIP and GIMM FPEIVE complexes were tested on the multi-core computing complex CICC JINR, on hybrid computing complex K100 (Keldysh Institute of Applied Mathematics) and on ”Lomonosov” supercomputer (Lomonosov Moscow State University).В работе обсуждается проблема проектирования программных комплексов, предназначенных для моделирования физических процессов на вычислительных системах с гибридной архитектурой, сформулированы принципы построения таких комплексов и приведен пример их реализации на базе комплекса GIMM_FPEIP. Приводится описание процедуры построения программного комплекса GIMM_FPEIP для моделирования теплофизических процессов, протекающих в материалах при облучении их пучками тяжёлых ионов. Построение комплекса GIMM_FPEIP реализовано в соответствии с предъявляемыми требованиями, исходя из интегрируемости GIMM_FPEIP в сложную иерархическую структуру GIMM_NANO и специфики решаемой физической задачи. В состав комплекса GIMM_FPEIP входят вычислительные модули, реализующие параллельные алгоритмы на основе технологий MPI и CUDA, и предназначенные для проведения расчётов на гибридных вычислительных системах. В комплекс GIMM_FPEIP заложена возможность подключать новые вычислительные модули и расширять существующую базу данных физических параметров. При построении комплекса применён модульный подход к структуре комплекса. Это позволило часть общих модулей реализовать в виде отдельных библиотек с возможностью их использования в других программных комплексах. В частности, с использованием этого подхода был создан комплекс 3D моделирования GIMM_FPEIVE. Комплексы GIMM_FPEIP и GIMM_FPEIVE были протестированы на многоядерном кластере ЦИВК ОИЯИ, гибридном вычислительном комплексе К100 (ИПМ им. М.В. Келдыша) и суперкомпьютере «Ломоносов» (МГУ им М.В. Ломоносова).MPICUDAhybrid computing systemsdevelopment of software complexmodular programmingMPICUDAгибридные вычислительные системыразработка программных комплексовмодульное программирование1.Пакет прикладных программ GIMM для решения задач гидродинамики на многопроцессорных вычислительных системах / Б.Н. Четверушкин, В.А. Гасилов, С.В. Поляков и др. // Математическое моделирование. - 2005. - Т. 17, № 6. - С. 58-74.2.Программный комплекс для моделирования с помощью современных многопроцессорных систем задач механики сплошной среды / С.В. Поляков, Э.М. Кононов, О.А. Косолапов, Т.А. Кудряшова // Вестник РУДН. Серия «Математика. Информатика. Физика». - 2010. - Т. 3, № 1. - С. 101-104.3.INMOST - программная платформа и графическая среда для разработки численных моделей на сетках общего вида / Ю.В. Василевский, И.Н. Коньшин, Г. В. Копытов, К.М. Терехов. - М.: Издательство Московского университета, 2013.4.Программный комплекс GIMM_NANO / А.А. Бондаренко, Э.М. Кононов, О.А. Косолапов и др. // Труды Международной суперкомпьютерной конференции «Научный сервис в сети Интернет: все грани параллелизма». - 2013. - С. 333-337.5.Vineyard G. H. Thermal Spikes and Activated Processes // Radiation Effects. - 1976. - Vol. 29, No 4. - Pp. 245-248.6.Амирханов И. В., Дидык А. Ю. и др. Численное исследование фазовых переходов, возникающих в металлах под действием импульсных пучков ионов в рамках модели термического пика // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. - 2013. - № 5. - С. 73-78.7.MPI реализация алгоритмов для 2D и 3D моделирования фазовых переходов в материалах, облучаемых тяжёлыми ионами, в рамках модели термического пика / И. В. Амирханов, Е. В. Земляная, Н. Р. Саркар и др. // Вестник РУДН. Серия «Математика. Информатика. Физика». - 2013. - № 4. - С. 80-94.8.Зуев М. И. Параллельная реализация на гибридных архитектурах численного решения параболического уравнения. Сравнение программных алгоритмов, реализованных на основе технологий MPI и CUDA // XVII Научная конференция молодых ученых и специалистов (ОМУС-2013) к 100-летию В.П. Джелепова. Сборник аннотаций докладов. - 2013. - С. 45.9.Alexandrov E., Alexandrov I., Kolos S., Kotov V. Web Monitoring Interface Architectural Analysis and Design. - 2007. - https://edms.cern.ch/file/822820/ 1/WMI\_Design\_2.pdf.10.Soloviev I. et al. ATLAS DAQ Configuration Databases. - 2007. - http:// www.ihep.ac.cn/~chep01/paper/9-025.pdf.11.HEPWEB - WEB Page for Monte Carlo Simulations in High Energy Physics / E.I. Alexandrov, V.M. Kotov, V.V. Uzhinsky, P.V. Zrelov // JINR Preprint. - 2011. - No E10-2011-126.12.Tecplot. - http://www.tecplot.com/.13.Ziegler J. SRIM & TRIM. - http://www.srim.org/.