Приволжский научно-образовательный центр суперкомпьютерных технологий
Исследования
  • Основные направления
  • Гранты, проекты, договора

    • Проект «Экзафлопсный инструментарий симуляции процессов роста и физических свойств кремниевых наноструктур для современной наноиндустрии»

    Краткое описание

    Проект инициирован Министерством образования и науки Российской Федерации в рамках государственного контракта на выполнение научно-исследовательских работ по теме: «Поисковые исследования и создание научно-технического задела в стратегической области разработки сверхмасштабируемого программного обеспечения для вычислительных систем экзафлопсного уровня производительности в тематической области «Индустрия наносистем и наноматериалы»

    Проект поддержан Министерством науки и образования РФ, государственный контракт № 07.514.11.4012.

    Цели проекта

    1. Разработке научно-технического задела в области создания сверхмасштабируемого программного обеспечения (ПО) суперкомпьютеров, ориентированного на эффективное функционирование на вычислительных системах со сверхвысокой степенью параллельности и экзафлопсным уровнем производительности в тематической области Индустрия наносистем и наноматериалов.
    2. Разработке прототипов технических решений экзафлопсной симуляции процессов роста и моделирование физических свойств гигантских ансамблей атомов, составляющих кремниевые нанокристаллы и гибридные нанокластеры на основе кремния и золота, являющиеся потенциально перспективными в оптоэлектронных и биологических приложениях.

    Конкретные решаемые задачи

    Проект направлен на разработку экзафлопсных технологий симуляции процессов роста и моделирование физических свойств гигантских ансамблей атомов, составляющих кремниевые нанокристаллы и гибридные нанокластеры на основе кремния и золота, являющиеся потенциально перспективными в оптоэлектронных и биологических приложениях. В рамках динамической версии метода функционала плотности будут  созданы принципиально новые алгоритмы, на основе которых будут разработаны параллельные программы, эффективно работающие на вычислительных системах транспетафлопсной (экзафлопсной) производительности, и проведены имитирующие эксперименты по формированию и диагностике наночастиц на суперкомпьютерных многопроцессорных комплексах. Решение таких задач на базе традиционных, и даже более современных терафлопсных, технологий является, по существу, невозможным, поскольку подобные компьютерные эксперименты требуют от используемой вычислительной техники сверхвысокой производительности, недостижимой до настоящего времени. На основе разработанного программного обеспечения планируется создать компоненты комплекса для оборудования рабочего места технолога и подготовки специалистов по нанотехнологиям с использованием  суперкомпьютеров рекордной производительности.

    Коллектив

    Руководитель проекта – проф. Сатанин А.М.

    Проект выполнялся сотрудниками лаборатории «Теория наноструктур» при НИФТИ ННГУ (рук. проф, А.М.Сатанин, доц. В.А. Бурдов, к.ф.-м.н. В.А. Беляков, к.ф.-м.н. А.В. Швецов, аспиранты Н.В. Сидоренко и М. В. Денисенко, студенты А.А. Конаков, Н.В. Курова, Д.В.Федосеев) совместно с сотрудниками факультета вычислительной математики и кибирнетики ННГУ (проф. В.П.Гергель, зав.лаб. А.В.Линев, аспирант А.В. Горшков, студенты Д.В. Ахматнуров, И.Б. Крылов и Д.В. Осокин).

    Основные результаты

    • Разработан программный модуль для моделирования люминесценции и экситонного переноса в массиве нанокристаллов кремния.
    • Разработана схема распараллеливания алгоритма для систем с распределенной памятью гибридной архитектуры и реализована параллельная GPU версия метода расчета экситонного транспорта в нанокристаллах. Проведены предварительные экспериментальные запуски с использованием до 30000 GPU -ядер.
    • Выполнено моделирование процесса роста и формирования нанокристаллов кремния в оксидной матрице методами молекулярной динамики. Разработана и реализована схема распараллеливания алгоритма для систем с распределенной памятью гибридной архитектуры.
    • Разработана схема распараллеливания программной реализации метода динамического функционала плотности для расчета отклика ансамблей нанокристаллов кремния в оксидной матрице. Выполнена реализация параллельной версии для GPU .  В рамках разработанной схемы решения временного уравнения Щредингера выполнено численное моделирование процессов диссипации в ансамблях квантовых точек.
    • Проведенные численные расчеты и установленные закономерности позволили разработать программы и методики экспериментальных исследований.

    Публикации

    1. В.А. Беляков, К.В. Сидоренко, А.А. Конаков, В.А. Бурдов, Влияние диэлектрической матрицы на фотолюминесценцию и энергообмен в ансамблях кремниевых нанокристаллов, поверхность // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования, 2012, № 6. С. 1–6.
    2. Беляков В.А., Линёв А.В., Горшков А.В., Крылов И.Б., Моделирование релаксации массива кремниевых нанокристаллов по методу Монте-Карло с использованием графических ускорителей, Вестник нижегородского университета им. Н.И. Лобачевского. Нижний Новгород: Издательство Нижегородского госуниверситета, 2012
    3. Гергель В.П., Линёв А.В., Проблемы и перспективы достижения экзафлопного уровня производительности суперкомпьютерных систем, Вестник нижегородского университета им. Н.И. Лобачевского. Нижний Новгород: Издательство Нижегородского госуниверситета, 2012
    4. М.В. Денисенко, А.М. Сатанин,  Многофотонные резонансы в системе взаимодействующих джозефсоновских кубитов // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования, 2012, № 9. C. 44.

    Тезисы докладов конференций:

    1. В.А. Беляков, В.А. Бурдов,  К.В. Сидоренко, А.А. Конаков, Н.В. Курова, Влияние плотности и размера кремниевых нанокристаллов в массиве на интенсивность фотолюминесценции // Труды XVI международного симпозиума «Нанофизика и наноэлектроника», Нижний Новгород, 12-16 марта, 2012г, Т. 1, С. 200
    2. А.А. Конаков, В.А. Бурдов, А.А. Ежевский, А.В. Сухоруков,  Д.В. Гусейнов, С.А. Попков, Температурная перенормировка g-фактора электронов проводимости в кремнии // Труды XVI международного симпозиума «Нанофизика и наноэлектроника», Нижний Новгород, 12-16 марта, 2012г, Т. 1, С. 271
    3. А.М. Сатанин, Д.В. Федосеев, Симуляция роста кремниевых наночастиц методами молекулярной динамики // Труды XVI международного симпозиума «Нанофизика и наноэлектроника», Нижний Новгород, 12-16 марта, 2012г, Т. 2, С. 412
    4. А. И. Машин, М. А. Кудряшов, А.А Логунов, А.В. Швецов, G. Chidichimo, G. De Filpo, Электрические и оптические свойства нанокомпозитов Ag/ПАН // Труды XVI международного симпозиума «Нанофизика и наноэлектроника», Нижний Новгород, 12-16 марта, 2012г, Т. 1, С. 295
    5. М.В. Денисенко, А.М. Сатанин, Квантовые скачки в джозефсоновских кубитах // Труды XVI международного симпозиума «Нанофизика и наноэлектроника», Нижний Новгород, 12-16 марта, 2012г, Т. 1, С. 80