Области применения параллельных вычисле- ний в технике и науке

Заключение
Подводя итог всему выше сказанному можно заметить, что:
• Параллельные вычисления при обработке информации – это естественное отражение процессов, происходящих в природе и обществе, также параллельно;
• Суперкомпьютеры с огромным быстродействием и памятью – это необходимое средство для решения сверхсложных и объемных вычислительных задач;
• На данный момент все суперкомпьютеры – это параллельные вычислительные системы;
• При решении сверхсложных вычислительных задач с помощью суперкомпьютеров решается задача распараллеливания алгоритма;
• Эффективность параллельных вычислений анализируется с целью оценки получаемого ускорения вычислений и степени использования все возможностей суперкомпьютеров;
• Разрабатывается новое программное обеспечение для реализации параллельных вычислени ...

Оглавление
Введение 3
Применение параллельных вычислений в технике 5
Вычислительная механика 5
Современная физика 5
Компьютерная биология 6
Климат и экология 6
Вычислительная химия 7
Инженерные приложения 7
Моделирование наноустройств и наноматериалов 7
Ядерное вооружение 7
Исследование космоса 8
Системы поддержки проектирования 8
Экономика 8
Искусственный интеллект 9
Исследование виртуальной реальности 9
Вычислительная математика 9
Биоинформатика 9
Нанотехнологии 9
Криптография 9
Визуализация 10
Компьютерная алгебра 10
Заключение 14
Список использованных источников 15

Введение
В настоящее время, да и в будущем, постоянно будет возникать большое количество важнейших задач, для решения которых будет недостаточно быстродействия обычных последовательных ЭВМ, так как они потребуют использования огромных вычислительных мощностей. К такому рода задач в основном относятся задачи, использующие численное моделирование и численный эксперимент.Подобные задачи предъявляют повышенные требования к точности и к скорости решения задач, поэтому актуальными становятся вопросы разработки и использования суперкомпьютеров.Но нужно констатировать, что технологические возможности увеличения быстродействия компьютеровне безграничны, поэтому приходится искать другие варианты увеличения быстродействия, а именно идти по пути создания параллельных вычислительных систем.На современн ом этапе развития вычислительной техники – это основной способов ускорения вычислений.
В данной работе под параллельными вычислениями (parallel or concurrent computations) будем понимать процессы решения задач, в которыходновременновыполняется несколько операций обработки данных, направленных на решение одной общей задачи. Параллельные вычисления – это не одно и тоже, что и многозадачный (многопрограммный) режим работы обычных последовательных ЭВМ.
Еще раз скажем о том, что параллельные вычисления в настоящее время очень популярны, так как в результате научно-технического прогресса, появились новые области знаний, использующие методы математического моделирования. К тому же, сами модели существенно усложнились, что привело к неуклонному возрастанию потребности в ресурсоемких расчетах, которые в ряде случаев осуществимы только на базе высокопроизводительной компьютерной техники, основанной на методах параллельных вычислений.
Другой момент, который обусловил повышенный интерес к параллельным вычислениям, состоит в повсеместном распространении параллельных компьютеров. В настоящее время многопроцессорные серверы нередко можно встретить не только на крупных предприятиях, но и на средних, в банках, исследовательских центрах иинститутах. Многоядерные процессорыобеспечили рабочие места пользователеймини-суперкомпьютерами.
Существенный прогресс в развитии параллельных вычислений приковывает к ним повышенный интерес, поэтому в рамках данной работы рассмотрим основные (конечно же, не все) области применения параллельных вычислений в технике и науке.[1, 3]
 

Конкретным примером большого исследования в этой области может служить программа «Ядерная зима» для отечественной БЭСМ-6, в которой моделировался климатический эффект ядерной войны (акад. Н.Н.Моисеев и В.А Александров, ВЦ Академии наук); проведенные с помощью этой программы исследования способствовали заключению соглашений об ограничении стратегических вооружений ОСВ-1 (в 1972 г.) и ОСВ-2 (в 1979 г.).Вычислительная химияИзучает свойства вещества в различных состояниях. Широко применяемые методы молекулярной динамики также зачастую требуют существенных вычислительных ресурсов, что оправдывает применение параллельных вычислений.К данному кругу задач можно также отнести задачи, связанные с оптимальной конфигурацией протеинов, расшифровки ДНК и многие другие проблемы смежных с химией областей, поиск новых лекарств и испытание свойств новых химических материалов, с целью выявления лучшего, вместо производства самих этих материалов, что значительно экономит финансовые вливания в исследования и многократно ускоряет создание новых актуальных материалов. Решением проблем из этой области занимается, например, «Национальный Институт Здоровья США».Инженерные приложенияВ этом случае проектируются сложные технические устройства и модели управления ими. Параллельные вычисления используются для решения задач из области прочностного моделирования, моделирования аварийных ситуаций и т.д.Моделирование наноустройств и наноматериаловЯдерное вооружениеТак как натурные испытания с ядерным оружием находятся под запретом, то на первый план выходит метод численного эксперимента, требующий ресурсов суперкомпьютеров, основанных на параллельных вычислениях. Возможно моделирование старения реакторных материалов.Исследование космосаИсследования в этой области связаны с экспериментами на уровне субатомов (например, постройка ядерных реакторов, ускорителей элементарных частиц). [2]Системы поддержки проектирования В подобных системах предъявляются высокие требования к производительности программного обеспечения из-за необходимости осуществлять моделирование в реальном масштабе времени. Используя параллельные вычисления можно существенно ускорить процесс проектирования и тем самым существенно снизить временные и трудовые затраты на разработку новой модели.ЭкономикаК этому классу относятся задачи анализа фондовых рынков, прогнозирования курсов валют, задачи оптимизации, направленные на получение наилучшего варианта использования финансовых или других ресурсов, построения оптимальных транспортных и телекоммуникационных сетей, размещения предприятий в регионе и многие другие задачи. Появилась возможность идентифицировать внешние параметры сложных нормативных балансовых динамических моделей экономических систем. Можно идентифицировать сложные, пространственно-распределенные модели эколого-экономических систем, чтобы исследовать на них последствия изменения климата на протекание экономических и экологических процессов в различных регионах и странах. Для этого разрабатываются специальные критерии близости и похожести для статистических и рассчитанных по модели временных рядов макропоказателей изучаемой экономической системы страны или региона, применяются информационные технологии создания математических моделей с помощью системы ЭКОМОД для уменьшения числа независимых внешних параметров, совершенствуются методы глобальной оптимизации, сокращающие время расчета.Искусственный интеллектВ рамках данного круга проблем решаются задачи распознавания и синтеза речи; задачи распознавания изображений.[4,5]Исследование виртуальной реальностиВычислительная математикаРешение вычислительно трудоемких математических задач с помощью многопроцессорных вычислительных систем. Применение многопроцессорных вычислительных систем для решения задач математической экономики и оптимизации.БиоинформатикаВысокопроизводительные вычисления в биоинженерии и биоинформатике.НанотехнологииВысокопроизводительные вычисления в моделирования новых нано и композитных материалов.КриптографияПараллельные методы и алгоритмы шифрования и обеспечения конфиденциальности и аутентичности информации. рифмирования и задачи факторизации больших чисел. С появлением мощных вычислительных ресурсов задача анализа современных криптосистем превратилась из чисто теоретической в практическую. При этом многие из методов шифрования поддаются распараллеливанию, а значит, могут работать в несколько раз быстрее при использовании соответствующих вычислительных средств. Одним из способов повышения производительности при анализе различных криптосистем является использование параллельных вычислений для ускорения процесса анализа и скорейшего получения результата. Параллельная программа в модели передачи сообщений представляет собой набор обычных последовательных программ, которые обрабатываются одновременно. Обычно каждая из этих последовательных программ выполняется на своем процессоре и имеет доступ к своей, локальной памяти.ВизуализацияПараллельные методы и алгоритмы визуализации результатов научных вычислений. Визуализация в грид-средах.Компьютерная алгебраПараллельные методы и алгоритмы символьных вычислений.Мы рассмотрели лишь некоторые из многочисленных областей применения параллельных вычислений. Заметим, что список этих областей применения параллельных вычислений в последнее время постоянно расширяется.