{"id":21,"date":"2017-03-29T09:44:17","date_gmt":"2017-03-29T07:44:17","guid":{"rendered":"http:\/\/home.agh.edu.pl\/~msitko\/wordpress\/?page_id=21"},"modified":"2017-07-25T17:26:47","modified_gmt":"2017-07-25T15:26:47","slug":"projekty","status":"publish","type":"page","link":"https:\/\/home.agh.edu.pl\/~msitko\/projekty\/","title":{"rendered":"Projekty"},"content":{"rendered":"

Preludium NCN (01.02.2017-01.02.2019) – kierownik<\/strong><\/p>\n

Ocena mo\u017cliwo\u015bci wykorzystania nowoczesnych architektur sprz\u0119towych w modelowaniu mechanizm\u00f3w rozwoju mikrostruktury z wykorzystaniem metody automat\u00f3w kom\u00f3rkowych.<\/strong><\/p>\n

Koncepcja modelowania numerycznego w oparciu o cyfrow\u0105 reprezentacj\u0119 materia\u0142u, gdzie w spos\u00f3b bezpo\u015bredni uwzgl\u0119dnione s\u0105 elementy mikrostrukturalne (ziarna, granice ziaren, wydzielenia, wtr\u0105cenia, granice faz itp.), jest obecnie bardzo dynamicznie rozwijana w wiod\u0105cych o\u015brodkach naukowych. Symulacje oparte o takie podej\u015bcie pozwalaj\u0105 analizowa\u0107 zachowanie materia\u0142u w warunkach, kt\u00f3re nie by\u0142y mo\u017cliwe do monitorowania w przypadku podej\u015b\u0107 konwencjonalnych, opisuj\u0105cych mikrostruktur\u0119 w spos\u00f3b u\u015bredniony. Koncepcja cyfrowej reprezentacji materia\u0142u zapewnia r\u00f3wnie\u017c mo\u017cliwo\u015b\u0107 prowadzenia symulacji rozwoju mikrostruktury podczas r\u00f3\u017cnych proces\u00f3w kszta\u0142towania plastycznego i obr\u00f3bki cieplnej z wykorzystaniem modeli analizy dyskretnej np. automat\u00f3w kom\u00f3rkowych.<\/p>\n

Symulacje takie s\u0105 niezwykle istotne, gdy\u017c pozwalaj\u0105 kontrolowa\u0107 ewolucj\u0119 mikrostruktury w trakcie kszta\u0142towania wyrobu. Warto podkre\u015bli\u0107, i\u017c niejednokrotnie niewielkie zmiany warunk\u00f3w procesu wp\u0142ywaj\u0105 w kolosalnym stopniu na zachowanie mikrostruktury a co za tym idzie na ko\u0144cowe w\u0142a\u015bciwo\u015bci eksploatacyjne danego produktu. Wykorzystuj\u0105c symulacje oparte o cyfrow\u0105 reprezentacj\u0119 materia\u0142u i automaty kom\u00f3rkowe mo\u017cliwe jest natomiast bardzo dok\u0142adne odwzorowanie mechanizm\u00f3w kontroluj\u0105cych ewolucj\u0119 morfologii mikrostruktury w spos\u00f3b bezpo\u015bredni gdzie naocznie mo\u017cna prze\u015bledzi\u0107 zachowanie wszystkich istotnych element\u00f3w.<\/p>\n

W literaturze mo\u017cna znale\u017a\u0107 bardzo wiele prac po\u015bwi\u0119conych takim rozwi\u0105zaniom, jednak\u017ce cechuj\u0105 si\u0119 one bardzo du\u017c\u0105 z\u0142o\u017cono\u015bci\u0105 obliczeniow\u0105 co ogranicza ich praktyczne zastosowanie do projektowania nowoczesnych technologii odkszta\u0142cenia materia\u0142\u00f3w, a co za tym idzie ich wdro\u017cenie do przemys\u0142u jest praktycznie niemo\u017cliwe.<\/p>\n

Eliminacja problemu du\u017cej z\u0142o\u017cono\u015bci obliczeniowej jest mo\u017cliwa w dwojaki spos\u00f3b. Pierwszym jest zastosowanie innowacyjnego podej\u015bcia opartego na idei automat\u00f3w frontalnych, w kt\u00f3rych obliczenia wykonywane s\u0105 tylko w konkretnych obszarach mikrostruktury, na przyk\u0142ad na frontach przemieszczaj\u0105cych si\u0119 granic ziaren. Drugim rozwi\u0105zaniem jest wykorzystanie mo\u017cliwo\u015bci jakie zapewniaj\u0105 nowoczesne centra obliczeniowe, nazywane r\u00f3wnie\u017c superkomputerami. Wyposa\u017cone s\u0105 one w setki a czasem i tysi\u0105ce jednostek obliczeniowych, zapewniaj\u0105c olbrzymie moce do analizy numerycznej.<\/p>\n

Pierwsze z wymienionych podej\u015b\u0107 pozwala zredukowa\u0107 czas oblicze\u0144, jednak\u017ce redukcja ta zwi\u0105zana jest ze znacznym ograniczeniem domeny obliczeniowej, co powoduje r\u00f3wnie\u017c spadek dok\u0142adno\u015bci oblicze\u0144. Dlatego te\u017c w niniejszym projekcie postanowiono wykorzysta\u0107 drugie podej\u015bcie oparte na idei oblicze\u0144 r\u00f3wnoleg\u0142ych oraz rozproszonych. Takie za\u0142o\u017cenie wi\u0105\u017c\u0119 si\u0119 jednak z odej\u015bciem od dotychczasowego podej\u015bcia implementacyjnego stosowanego przy symulacjach wykorzystuj\u0105cych metod\u0119 automat\u00f3w kom\u00f3rkowych, oraz konieczno\u015bci\u0105 realizacji bada\u0144 o charakterze podstawowym nad opracowaniem dedykowanych algorytm\u00f3w do oblicze\u0144 wysokiej wydajno\u015bci w tym mechanizm\u00f3w komunikacji oraz synchronizacji oblicze\u0144 na jednostkach logicznych i fizycznych.<\/p>\n

Przeprowadzenie oblicze\u0144 r\u00f3wnoleg\u0142ych na ogromnej liczbie jednostek obliczeniowych pozwoli w spos\u00f3b znacz\u0105cy zredukowa\u0107 czas symulacji do akceptowalnej wielko\u015bci. Podej\u015bcie takie jest mo\u017cliwe dzi\u0119ki gwa\u0142townemu rozwojowi technologii obserwowanemu w ostatnich latach, kt\u00f3ry sprzyja powstawaniu coraz wi\u0119kszej liczby centr obliczeniowych wspieraj\u0105cych symulacje na superkomputerach.<\/p>\n

Obecnie najszybszym komputerem wed\u0142ug listy top500 (lista 500 najszybszych jednostek obliczeniowych na \u015bwiecie) jest Tianhe-2 (MilkyWay-2) znajduj\u0105cy si\u0119 w National Super Computer Center in Guangzhou w Chinach. Posiada on ponad 3 miliony rdzeni obliczeniowych. Takie zasoby obliczeniowe w stosunku do klasycznych komputer\u00f3w stacjonarnych wraz z dobrze zoptymalizowan\u0105 implementacj\u0105 pozwalaj\u0105 na redukcj\u0119 czasu bardzo z\u0142o\u017conych oblicze\u0144 z rz\u0119du setek\/tysi\u0119cy lat do dni\/tygodni, umo\u017cliwiaj\u0105c tym samym symulacj\u0119 problem\u00f3w, kt\u00f3re nie by\u0142y mo\u017cliwe w zesz\u0142ej dekadzie. Co jednak bardziej istotne takie zasoby obliczeniowe mog\u0105 pozwoli\u0107 w przysz\u0142o\u015bci na wsparcie przemys\u0142u symulacjami realizowanymi w czasie rzeczywistym (ang. Online), przeprowadzanymi podczas procesu technologicznego, oraz daj\u0105cymi natychmiastow\u0105 odpowiedz na zaistnia\u0142e warunki procesu, pozwalaj\u0105c tym samym na jeszcze wi\u0119ksz\u0105 kontrol\u0119 w\u0142asno\u015bci uzyskiwanego wyrobu gotowego.<\/p>\n

Polska r\u00f3wnie\u017c posiada wiele superkomputer\u00f3w dost\u0119pnych dla cel\u00f3w realizacji symulacji rozproszonych. Na podkre\u015blenie zas\u0142uguje fakt, \u017ce jeden z nich Prometeusz z Akademickiego Centrum Komputerowego Cyfronet AGH, kt\u00f3ry b\u0119dzie wykorzystywany w ramach niniejszego projektu, znajduje si\u0119 na bardzo wysokiej 39tej pozycji na li\u015bcie top500. Obecnie oferuje on ponad 55 tysi\u0119cy rdzeni obliczeniowych, zapewniaj\u0105c tym samym ogromne mo\u017cliwo\u015bci dla symulacji.<\/p>\n

Obliczenia r\u00f3wnoleg\u0142e\/rozproszone mog\u0105 by\u0107 przeprowadzane na dw\u00f3ch typach jednostek obliczeniowych: procesorach wielordzeniowych oraz klastrach obliczeniowych r\u00f3wnie\u017c funkcjonuj\u0105cych w \u015brodowiskach przetwarzania sieciowego tzw. gridach (np. PlGrid z zasobami o mocy obliczeniowej 588 teraflop\u00f3w oraz pami\u0119ci dyskowej o pojemno\u015bci 5,8 petabajt\u00f3w).<\/p>\n

W ramach niniejszego projektu planowane jest opracowanie i zaimplementowanie rozproszonej wersji modelu rozwoju mikrostruktury na bazie metody automat\u00f3w kom\u00f3rkowych. Pozwoli to na znacz\u0105ce przyspieszenie oblicze\u0144 opartych na tej metodzie, oraz b\u0119dzie pierwszym elementem do tworzenia w kolejnym etapie jeszcze bardziej z\u0142o\u017conych i wydajnych system\u00f3w na architektury heterogeniczne. Podej\u015bcie takie pozwoli r\u00f3wnie\u017c na postawienie pierwszego kroku w kierunku wykorzystania symulacji rozwoju mikrostruktury na bazie metody automat\u00f3w kom\u00f3rkowych w przemy\u015ble. Wydajne modele zapewni\u0105 w przysz\u0142o\u015bci mo\u017cliwo\u015b\u0107 wspomagania opracowania technologii wytwarzania r\u00f3\u017cnych komponent\u00f3w o kontrolowanych w\u0142asno\u015bciach z nowoczesnych stop\u00f3w metali. Jako przyk\u0142ad praktycznego zastosowania metody automat\u00f3w kom\u00f3rkowych zostanie wykorzystany model zjawiska rekrystalizacji statycznej.<\/p>\n

Algorytm automat\u00f3w kom\u00f3rkowych dedykowany dla sekwencyjnych symulacji rekrystalizacji statycznej zosta\u0142 zaimplementowany i wst\u0119pnie zweryfikowany z danymi literaturowymi na etapie bada\u0144 wst\u0119pnych. W ramach niniejszego projektu zebrane do\u015bwiadczenia zostan\u0105 wykorzystane do zaadoptowania istniej\u0105cego rozwi\u0105zania wraz z wszystkimi dodatkowymi funkcjami do wymaga\u0144 oblicze\u0144 wysokiej wydajno\u015bci. Prace zostan\u0105 zrealizowane za pomoc\u0105 obiektowo zorientowanego j\u0119zyka c++ w \u015brodowisku Visual Studio. Implementacja zostanie dostosowana do uruchomienia na systemach scientific linux w \u015brodowisku rozproszonym. Stworzenie bardzo wydajnych obliczeniowo algorytm\u00f3w wymaga\u0107 b\u0119dzie zastosowania dodatkowych bibliotek zawieraj\u0105cych narz\u0119dzia umo\u017cliwiaj\u0105ce przeprowadzenie komunikacji w r\u00f3wnoleg\u0142ym wykonywaniu aplikacji zar\u00f3wno dla jednostek sk\u0142adaj\u0105cych si\u0119 z wielu procesor\u00f3w, jak i na platformy z\u0142o\u017cone z wielu komputer\u00f3w (aplikacja wielow\u0119z\u0142owa, wykorzystuj\u0105ca interfejs transmisji wiadomo\u015bci \u2013 Message Passing Interface MPI).<\/p>\n

 <\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Preludium NCN (01.02.2017-01.02.2019) – kierownik Ocena mo\u017cliwo\u015bci wykorzystania nowoczesnych architektur sprz\u0119towych w modelowaniu mechanizm\u00f3w rozwoju mikrostruktury z wykorzystaniem metody automat\u00f3w kom\u00f3rkowych. Koncepcja modelowania numerycznego w oparciu o cyfrow\u0105 reprezentacj\u0119 materia\u0142u, gdzie w spos\u00f3b bezpo\u015bredni uwzgl\u0119dnione s\u0105 elementy mikrostrukturalne (ziarna, granice ziaren, wydzielenia, wtr\u0105cenia, granice faz itp.), jest obecnie bardzo dynamicznie rozwijana w wiod\u0105cych o\u015brodkach naukowych. […]<\/p>\n","protected":false},"author":1,"featured_media":0,"parent":0,"menu_order":0,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","template":"template-fullwidth.php","meta":{"footnotes":""},"class_list":["post-21","page","type-page","status-publish","hentry"],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/home.agh.edu.pl\/~msitko\/wp-json\/wp\/v2\/pages\/21","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/home.agh.edu.pl\/~msitko\/wp-json\/wp\/v2\/pages"}],"about":[{"href":"https:\/\/home.agh.edu.pl\/~msitko\/wp-json\/wp\/v2\/types\/page"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/home.agh.edu.pl\/~msitko\/wp-json\/wp\/v2\/users\/1"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/home.agh.edu.pl\/~msitko\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=21"}],"version-history":[{"count":4,"href":"https:\/\/home.agh.edu.pl\/~msitko\/wp-json\/wp\/v2\/pages\/21\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":129,"href":"https:\/\/home.agh.edu.pl\/~msitko\/wp-json\/wp\/v2\/pages\/21\/revisions\/129"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/home.agh.edu.pl\/~msitko\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=21"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}