ЛАБОРАТОРИЯ
ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ И АВТОМАТИЗАЦИИ

Отчет за 1993 год

В соответствии с решениями 73 сессии Ученого совета ОИЯИ в Лаборатории вычислительной техники и автоматизации выполнены работы по развитию и эффективному использованию информационно-вычислительной инфрастуктуры Института. Созданы новые и модернизированы имевшиеся пакеты системных и прикладных программ для ЭВМ различных уровней. Разработаны математические методы, алгоритмы и созданы комплексы программ обработки физической информации, моделирования физических установок и анализа экспериментальных данных. Выполнены заказы физических групп по обработке камерных снимков.

РАЗВИТИЕ ИНФОРМАЦИОННО-ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ИНФРАСТРУКТУРЫ ИНСТИТУТА

СРЕДСТВА ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ, РАЗВИТИЕ БАЗОВЫХ ЭВМ

В составе центрального вычислительного комплекса введены в эксплуатацию ЭВМ CONVEX-C120 и три рабочие станции типа SUN Sparc.

Машина ЕС 1061 выведена из эксплуатации. На основе ЭВМ CONVEX-C120, SUN SPARC STATION II и VАХ II создан распределенный UNIX-сервер. Основная задача этого сервера: обеспечение на базе единого интерфейса в среде UNIX пользователей локальной сети Объединенного института вычислительным, программным и файловым сервисом.

Дирекция ЛВТА
Дирекция ЛВТА: кандидат
физико-математических наук
В.В.Кореньков, профессор Р.Позе,
профессор И.В.Пузынин
Проведена частичная модернизация общеинститутских компьютерных сетей JINET и ETERNET за счет подключения дополнительных машин, в том числе ЭВМ CONVEX, нескольких десятков персональных компьютеров и рабочих станций.

Начал функционировать выделенный канал компьютерной связи на Москву с пропускной способностью до 19,2 Кбит/с. Канал работает по международному протоколу TCP/IP и предоставляет средства удаленного входа в ЭВМ (в том числе и зарубежные), обмена электронной почтой, материалами телеконференций, файлами данных и программами.

Проведены тестовые сеансы для спутникового канала, выделенного объединением INTELSAT для связи сетей ОИЯИ с узлом сети HEPNET в INFN (Италия) [1].

В соответствии с проектами создания информационной инфраструктуры ОИЯИ для пользователей локальной сети ARCNET реализована возможность выхода на ЭВМ ЦВК, созданы базы данных учетной и нормативно-справочной информации на магнитных носителях. В научно-технической библиотеке на базе персональных компьютеров созданы рабочие места, обеспечивающие работу поисковой системы INIS; база данных библиографической информации охватывает период поступлений книг, статей и препринтов, начиная с 1987 года.

Ежеквартально производится пополнение базы данных физики частиц PPDS.

СИСТЕМНОЕ И ПРИКЛАДНОЕ ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЭВМ

Получили развитие библиотеки программ общего назначения на ЭВМ типа VAX, ЕС, CONVEX и PC. Выполнены работы по внедрению 15-й версии библиотеки NAG на ЕС ЭВМ, адаптированы и внедрены библиотека «Дубна» на ЭВМ CONVEX и библиотеки ЦЕРН (версии 92в, 93с, 93d) на ЕС, VAX и PC ЭВМ.

Пополнились новыми программами библиотеки СРС.

Разработана и введена в эксплуатацию программная надстройка над операционной системой VAX VMS для взаимодействия в режиме меню с ЭВМ VAX. Освоена работа с русско-латинскими текстами, а также системонезависимый экранный редактор текстов для ЭВМ VAX, SUN и микро-VAX с операционной системой ULTRIX [2].

КОМПЛЕКС РАБОЧИХ И ГРАФИЧЕСКИХ СТАНЦИЙ

Зал ЭВМ CONVEX
Зал ЭВМ CONVEX
На комплексе рабочих станций КОНТРАСТ-СИНС с сотрудниками других лабораторий проводились научно-исследовательские работы по программному обеспечению ряда экспериментов (ФОБОС, ВАСИЛИСА, ГНС, DISTO, МЧС, SDC, CMS). В ходе их проведения выполнено моделирование физических процессов и экспериментальных установок; созданы алгоритмы для обработки экспериментальных данных и системы их анализа с использованием средств машинной графики; разработано программное обеспечение для систем сбора информации и контроля за ходом эксперимента.

Адаптация программного обеспечения ЦЕРН для UNIX-машин ОИЯИ
Адаптация программного обеспече-
ния ЦЕРН для UNIX-машин ОИЯИ
Совместно с сотрудниками ЛЯР разработана многооконная диалоговая оболочка системы обработки данных с установки ВАСИЛИСА в среде PAW.

Для автоматизации физических экспериментов, выполняемых с использованием кинематического сепаратора ядер отдачи ВАСИЛИСА, создана система управления базой данных. Широкий спектр возможностей, заложенных в систему, делает возможным ее применение и в других экспериментах в области низких энергий. Это система замкнутого типа с трехуровневой архитектурой, ориентированная на абстрактный тип данных [3].

Для установки ФОБОС интерактивная программа обработки данных ATHENE была переведена с языка RM-FORTRAN на NDP-FORTRAN, что позволило существенно улучшить ее характеристики.

Предложены новые переменные, позволяющие проводить эффективную селекцию событий, содержащих вторичную вершину. Их применение не требует проведения полной геометрической реконструкции события с целью поиска первичной и вторичной вершин. Использование нейтронной сети для классификации событий в пространстве этих переменных делает идентификацию сигнальных и фоновых событий практически однозначной [4].

ЭКСПЛУАТАЦИЯ БАЗОВЫХ ЭЛЕКТРОННО-ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ МАШИН И ПРОСМОТРОВО-ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ АППАРАТУРЫ

Завершено методическое исследование системы измерений снимков спектрометра МИС-2 на автомате HPD.

За 1993 год на HPD измерено 43,5 тыс. событий с установок УПК и МИС-2. На полуавтоматической системе ПУОС — САМЕТ измерено 355,9 тыс. треков с установок ГИБС, СВД и СФЕРА.

Таблица использования базовых ЭВМ подразделениями Института (в часах)

  ЛВТА ЛЯП ЛТФ ЛВЭ ЛСВЭ ЛЯР ЛНФ Прочие Всего
Комплекс ЕС ЭВМ
(ЕС-1066А,В;ЕС-1037А,В)
4182 2537 146 1276 8416 188 12 21 16778
VAX-8350-кластер 738 3717+1301* 540 3371 1468 134 115 1008 12392
CDC-6500 418 12 385 1155 547 80 108 175 2880

* Время эксперимента DELPHI

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ СИСТЕМ ОБРАБОТКИ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ

Большое внимание в 1993 году было уделено вопросам повышения эффективности систем обработки экспериментальных данных. Работы в этой области велись по следующим направлениям:

— создание распределенных систем обработки экспериментальных данных;

— адаптация традиционных систем математической обработки данных к возможностям более мощных ЭВМ и повышение уровня автоматизации;

— внедрение эффективных методов и технологий обработки экспериментальных данных физики высоких энергий в экспериментальные исследования по физике низких и промежуточных энергий;

— разработка новых алгоритмов и создание на их основе программ для применения нейронных сетей и клеточных автоматов при поиске и анализе событий в электронных экспериментах.

Для экспериментов на установке ЭКСЧАРМ создана система массовой обработки данных с производительностью 2x106 триггеров в неделю на базе комплекса ЕС ЭВМ, устройств накопления данных Exabyte-8500 и персонального компьютера типа IBM, что позволило в сжатые сроки провести обработку данных, полученных в эксперименте.

При реализации программы исследований взаимодействий малонуклонных систем автоматизирована достаточно громоздкая система математической обработки экспериментов с фильмовым съемом информации, что привело к существенному ускорению получения результатов [5]. Предложены и реализованы различные алгоритмы восстановления импульсов вторичных заряженных частиц, регистрируемых магнитным спектрометром МАСПИК [6].

Пространственное восстановление треков является важной частью обработки данных в физике высоких, энергий. Одна из главных нерешенных проблем появляется на стадии объединения Z-координат с XY-треками (проблема Z-идентификаций). Для ее решения предложено использовать информацию о полном наведенном заряде в дополнение к известным стандартным методам. На основе этой информации сконструированы новые эффективные алгоритмы восстановления Z-координаты. Эти алгоритмы протестированы на реальных - и -coбытиях, полученных на установке АРЕС [7].

Создана робастная роторная модель нейронной сети для обработки данных, полученных при моделировании работы спектрометра АРЕС. Проведены исследования по оценке поведения построенной модели в случае большой множественности треков в событиях и высоком уровне шумов [8,9].

Рассмотрены методы 1-го и 2-го порядка для обучения многослойной нейронной сети «feed-forward» типа. Предложен алгоритм на основе обобщения метода Ньютона и проведено его сравнение с обычным методом «bаск-propagation». Показано, что предложенный алгоритм обеспечивает более высокое качество обучения [10].

Проведен сравнительный анализ мощностей многомерных классификаторов на основе интегральных непараметрических критериев согласия и многослойных перцептронов для случаев, когда анализируемые распределения представляют собой одновременные измерения одних и тех же физических величин несколькими детекторами экспериментальной установки. С помощью численного эксперимента показано, что многослойный перцептрон обеспечивает мощность, близкую к предельной, если идентификация событий проводится в пространстве эффективных переменных [11]

Предложен быстрый, устойчивый к измерительным ошибкам и фону рекуррентный алгоритм, реализующий семейство цифровых адаптивных фильтров, с известными весовыми функциями — проективными инвариантами. Слежение по линейному или квадратичному участку трека ведется на основе МНК и с использованием информационной обратной связи. Основанные на фундаментальных принципах адаптивные проективные фильтры могут применяться в адекватных системах управления процессами сбора, обработки и сжатия данных, в том числе при решении трековых задач для широкого класса детекторов и на различных уровнях обработки событий [12].

Разработаны алгоритм и структура вычислительной среды на базе систолических матриц в однородной вычислительной среде, реализующие конвейерную, быструю обработку трековой информации, снимаемой с детекторов экспериментальных установок. Предложенная система конвейерной обработки реализует полное распараллеливание вычислительного процесса в массиве однобитовых процессов и обеспечивает pipe-processing с тактом 25 не и глубиной в 40 тактов в задачах тригтирования (фильтрации) в реальном времени в системах сбора и обработки данных экспериментальной физики [13].

РАЗРАБОТКА ПРИКЛАДНЫХ МЕТОДОВ ВЫЧИСЛЕНИЙ

Разработан метод расчета магнитных систем с мультипольной симметрией в рамках интегральной постановки. Путем разложения поля в гармонический ряд по азимуту исходное трехмерное интегральное уравнение сводится к бесконечной системе двумерных интегральных уравнений. Исследованы вопросы существования и единственности решения задачи магнитостатики, а также уклонения решения обрезанной системы уравнений от точного. Создан комплекс программ расчета мультипольных магнитных систем, реализующих предложенную методику [14].

Обсуждение расчетов радиационных повреждений ВТСП-пленок
Обсуждение расчетов радиационных
повреждений ВТСП-пленок

Реализован комплекс программ для исследования двумерных и некоторого класса трехмерных магнитных систем на базе известных программ POISSON, RELAX3D и GFUN3D. В комплекс включены также система поддержки принятия решений (экспертная система) для оптимального выбора конфигураций магнитной системы, программа полиномиального представления компонент магнитного поля с целью использования для изучения динамики заряженных частиц и программа КОБРАМ — решение обратной задачи магнитостатики для некоторого класса безжелезных магнитных систем (двумерный случай). С помощью данного комплекса программ решен ряд важных практических задач по модернизации и усовершенствованию магнитных систем установок ЭКСЧАРМ, ГИПЕРОН и КРИОН-С [15].

Разработаны асимптотически оптимальные последовательные и параллельные алгоритмы решения класса эллиптических краевых задач на основе методов граничных элементов и декомпозиции области [16].

Получены новые приближенные формулы для вычисления кратных континуальных интегралов по гауссовым мерам в многочастичных задачах квантовой физики. Исследована сходимость приближений к точному значению. Построена мера континуального интегрирования в двумерной евклидовой квантовой теории поля с полиномиальными взаимодействиями бозонных полей. Исследована связь континуальных интегралов с решениями некоторых параболических и эллиптических дифференциальных уравнений. Проведено численное исследование многочастичных моделей квантовой статистической механики (модель Калоджеро и др.). Выполнены расчеты энергии связи нуклонов в ядрах атомов дейтерия и трития [17,18].

Для преодоления трудностей, порождаемых неограниченностью энергии снизу в полевых теориях с высшими производными, предложено использовать механическую аналогию, а именно теорию Тимошенко поперечных изгибных колебаний балок и стержней. Это позволяет ввести понятие «механической» энергии для рассматриваемых полевых моделей, которая заведомо положительно определена. Такой подход может быть применен, по крайней мере, к таким полевым моделям, которые описывают эффективно протяженные локализованные решения в обычных полевых теориях первого порядка (вихревые или струнные решения в хиггсовских моделях и т.д.) [19].

Разработаны эффективные итерационные численные алгоритмы, сохраняющие вид исходных матриц в процессе итераций, поиска на ЭВМ спектра и собственных (корневых) векторов трех-, пяти-, семидиагональных, блочно-трехдиагональных, хессенберговых и, следовательно, квадратных общего вида матриц произвольной структуры.

Получены и систематизированы множества представлений блочно-трехдиагональных матриц. Построены генераторы таких и им обратных матриц и для их ведущих угловых миноров. Создана теория генераторов прямых методов декомпозиционного типа численного решения систем линейных уравнений с блочно-трехдиагональными матрицами общего вида [20].

Продолжались работы по уточнению и дальнейшему развитию монте-карловской модели распространения высокоэнергетического излучения в различных гетерогенных средах со сложной геометрией. Учтено взаимодействие между каскадными частицами во внутриядерном каскаде, что существенно сказывается на результатах расчетов с пучками релятивистских ядер, когда число внутриядерных каскадных частиц велико. Сравнение с экспериментальными данными, полученными при взаимодействии ядерных пучков с фотоэмульсией, показало значительное улучшение согласия расчетов с опытом. Анализировались различные варианты электроядерного бридинга, в частности, при замене металлического теплоносителя на воду. По сравнению со свинцовым теплоносителем суммарный выход делящихся изотопов изменяется незначительно, в то время как резко сокращается число вылетающих из мишени нейтронов, а тепловыделение увеличивается примерно вдвое [21,22].

Исследованы условия интегрируемости для многопараметрических семейств полиномиально-нелинейных эволюционных уравнений с произвольными параметрами в качестве коэффициентов дифференциальных мономов. Эти условия необходимы для существования высших эволюционных симметрии и законов сохранения. Их проверка лежит в основе одного из наиболее эффективных критериев интегрируемости, который применим как для однокомпонентных, так и для многокомпонентных квазилинейных эволюционных уравнений с одной пространственной переменной. Показано, что условия интегрируемости, представляющие собой систему полиномиальных уравнений на произвольные параметры, в случае эволюционных уравнений однородного ранга обладают нетривиальными свойствами однородности [23].

Разработаны алгебраические алгоритмы и на их основе создан написанный на языке аналитических вычислений REDUCE пакет программ для исследования и упрощения систем нелинейных алгебраических уравнений общего вида. Этот пакет был использован для проверки изоморфизма конечномерных алгебр Ли, возникающих в различных задачах теоретической и математической физики [24].

Разработан новый подход к построению адиабатических уравнений, описывающих дискретный и непрерывный спектры мезомолекулярных систем посредством обобщения понятия эффективной массы [25].

Реализована новая итерационная схема с одновременным вычислением оператора, обратного к производной нелинейной функции, наиболее эффективная для векторных вычислительных систем. Программа, реализующая данную схему, успешно применяется для расчета характеристик кварков в моделях с различными типами потенциалов взаимодействия [26].

НАУЧНО-ПРИКЛАДНЫЕ РАБОТЫ

Исследованы влияния условий сбора света на параметры сцинтилляционных счетчиков. Проведены измерения характеристик счетчика с прямоугольным пластиком, окруженным поочередно воздухом, водой и парафиновым маслом, а также счетчика с пластиками в виде трапецевидных пластин с углами растра боковых граней 5,6; 7,5 и 10o.

С целью изучения возможности использования микроканального ФЭУ-165-1 в системах измерения времени пролета частиц проведены измерения характеристик оснащенного этим ФЭУ сцинтилляционного счетчика размерами 580x50x25 мм. Испытан также ФЭУ-165-1 в качестве самостоятельного детектора минимально ионизирующих частиц [27].

ЛИТЕРАТУРА

  1. Dolbilov A. et al. // In: Proceeding of 4th Joint European Networking Conference — Trondheim, Norway, 1993, pp.214-220.
  2. Галактионов В.В. // ОИЯИ, P11-93-22, P11-93-23, P11-93-24, Дубна, 1993.
  3. Андреев A.H. и др. // ОИЯИ, P10-93-15, Дубна, 1993.
  4. Иванов В.В., Понтекорво Д.Б. // ОИЯИ, Р10-93-271, Дубна, 1993.
  5. Первушов В.В. // ОИЯИ, Р10-93-131, Дубна, 1993.
  6. Бонюшкова А.Ю., Иванов В.В. // ОИЯИ, Р10-93-125, Дубна, 1993.
  7. Glazov A.A. et al. // JINR, E10-93-123, Dubna, 1993.
  8. Chernov N. et al. // Сотр. Phys. Commun., 1993, 74, p.217.
  9. Baginyan S. et al. // JINR, E10-93-86, Dubna, 1993.
  10. Ivanov V.V. et al. // JINR, D11-93-317, Dubna, 1993.
  11. Иванов В.В. // ОИЯИ, P10-93-348, Дубна, 1993.
  12. Dikoussar N.D. // JINR, E5-93-314, Dubna, 1993.
  13. Kotov V.M. et al. // JINR, E5-93-391, Dubna, 1993.
  14. Акишин П.Г. // ОИЯИ, PI 1-93-91, Дубна, 1993.
  15. Жидков Е.П. и др. // ОИЯИ, Р11-93-256, Дубна, 1993.
  16. Khoromskij D.N. et al. // JINR, E11-93-163,Dubna, 1993.
  17. Жидков Е.П. и др. // Краткие сообщения ОИЯИ, №1[58]-93, Дубна, 1993, с.43.
  18. Жидков Е.П., Лобанов Ю.Ю. // Дифференциальные уравнения, 1993, т.29, №9, с.1609.
  19. Chervyakov A.M., Nesterenko V.V. // Phys. Rev., 1993, D48, No.10, p.2301.
  20. Емельяненко Г.А., Рахмонов Т.Т. // ОИЯИ, P11-93-248, P11-93-249, P11-93-250, P11-93-265, P11-93-266, Дубна, 1993.
  21. Соснин A.H. и др. // ОИЯИ, P2-93-235, Дубна, 1993.
  22. Барашенков B.C. и др. // ОИЯИ, Р2-93-236, Дубна, 1993.
  23. Gerdt V.P. // JINR, Е5-93-182, Dubna, 1993.
  24. Gerdt V.P. et al. // JINR, E11-93-468, Dubna, 1993.
  25. Puzynin I.V. et al. // J. Nucl. Phys., 1993, 56, 7, p.82.
  26. Puzynin I.V. et al. // JINR Rapid Communications, No.5[62]-93, Dubna, 1993, p.63.
  27. Игнатенко M.A., Столетов Г.Д. // ОИЯИ, Р13-93-144, Р13-93-185, Дубна, 1993.

В начало