Разработка программно-аппаратного комплекса, основанного на применении метода решеточных уравнений Больцмана и методов клеточных. Техническое задание на выполнение опытноконструкторских работ (окр) по теме
 Скачать 212.51 Kb.
|
|
43 Приложение 1 ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ на выполнение опытно-конструкторских работ (ОКР) по теме: «Разработка программно-аппаратного комплекса, основанного на применении метода решеточных уравнений Больцмана и методов клеточных автоматов и предназначенного для численного моде- лирования мультифизических систем» 1 Основание для проведения ОКР и сроки (периоды) выполнения работ 1.1 Решение Конкурсной комиссии Заказчика № __ (протокол от «___» ________20__ г. № ______). 1.2 Сроки выполнения работ: Начало работ: с даты заключения государственного контракта. Срок окончания работ: ________________. 2 Исполнитель ОКР ________________________________________________ 3 Цель выполнения ОКР Разработка программно-аппаратного комплекса для моделирования инженерных мультифизиче- ских задач гидрогазодинамики и теории упругости с применением параллельных вычислений на графических процессорах, поддерживающих технологию CUDA, а также на гибридных кластер- ных системах, содержащих графические процессоры. 4 Назначение продукции Разрабатываемый программно-аппаратный комплекс (ПАК) предназначен для инженерных расче- тов мультифизических систем с заданной геометрией. ПАК состоит из двух частей: программной и аппаратной. Программная часть включает в себя модули газодинамических расчетов, расчетов фа- зовых переходов и расчета тепломассопереноса методом решеточного уравнения Больцмана (LBE), деформаций и хрупких разрушений методом подвижных клеточных автоматов (MCA). Аппаратная часть включает в себя станцию для массивных параллельных вычислений с несколькими графиче- скими вычислительными устройствами и установленными программными компонентами. Воз- можна поставка программной части комплекса без аппаратной. 5 Технические требования к программе или программному комплексу 5.1 Состав продукции В состав разрабатываемого ПАК должны входить: 5.1.1 Библиотека модулей для моделирования мультифизических процессов в составе: 1) Модуль для расчета изотермических однокомпонентных течений без фазовых пере- ходов методом LBE с возможностью действия внешних сил. 2) Модуль для расчета многокомпонентных течений методом LBE. 3) Модуль расчета течений с теплопереносом. 4) Модуль расчета методом LBE течений с фазовыми переходами с возможностью дей- ствия внешних сил. 5) Модуль расчета деформаций твердого тела методом подвижных клеточных автома- тов. 5.1.2 Пользовательский интерфейс, состоящий из: 1) Модуля задания геометрии, граничных условий и параметров расчетной задачи. 2) Интерфейсной части для управления работой модулей программного комплекса и визуализации результатов расчетов. 44 5.1.3 В случае, если комплекс поставляется с аппаратной частью разрабатываемого ПАК, то ра- бочая станция (компьютер) должна включать в себя: Материнскую плату с одновременной поддержкой в режиме x16 (шина PCI-E x16) двух или трех графических карт, поддерживающих технологию CUDA. Необходи- мо, чтобы расстояние между разъемами PCI-E x16 было достаточным для монтиро- вания видеокарт. Это расстояние выбирается из расчета, чтобы после установки ви- деокарт зазор между ними обеспечивал достаточное охлаждение видеокарт (реко- мендуется зазор не менее 15 мм). Современный центральный процессор (тактовая частота не менее 2.6 ГГц, кэш 3-го уровня не менее 4096 кб). Оперативная память не менее 6 ГБ или не менее суммарного объема памяти всех установленных видеокарт. 2 или 3 видеокарты с поддержкой технологии CUDA с памятью не менее 2 ГБ на одну видеокарту. Блок питания для обеспечения мощностью видеокарт и остальных устройств ком- пьютера (рекомендуется 1,2 кВт и более). 1 или 2 жестких диска с общей емкостью не менее 2 ТБ, тип интерфейса SATA-3. Корпус станции, который необходимо оснастить дополнительными вентиляторами для дополнительного охлаждения пространства внутри корпуса. Устройства ввода/вывода информации. Рабочая станция оснащается программным обеспечением, в состав которого входят операционная система (Windows XP, Windows 7 или LINUX-подобная), драйверы для поддержки видеокарт, технологии CUDA и пакет NVIDIA GPU Computing SDK, со- держащий набор тестовых программ для проверки работоспособности видеокарт. 5.1.4 В случае, если комплекс поставляется для расчетов на гибридном GPU-кластере, послед- ний должен удовлетворять требованию наличия 2 или более видеокарт на расчетном узле с поддержкой технологии CUDA с памятью не менее 2 ГБ на одну видеокарту. Рекомендуется наличие поддержки MPI протокола обмена данными между узлами кла- стера. 5.1.5 Эксплуатационная документация в составе: 1) описание программы в соответствии с ГОСТ 19.402-78; 2) спецификация в соответствии с ГОСТ 19.202-78; 3) описание применения в соответствии с ГОСТ 19.502-78; 4) руководство системного программиста в соответствии с ГОСТ 19.503-79; 5) руководство оператора в соответствии с ГОСТ 19.505-79. 5.1.6 Набор тестовых задач с описанием начальных и граничных условий, входных данных и результатов вычислений. 5.2 Требования к функциональным характеристикам 5.2.1 Требования к составу выполняемых функций 5.2.1.1 Разрабатываемый ПАК должен обеспечивать: 1) расчет инженерных мультифизических задач гидрогазодинамики и теории упругости с при- менением параллельных вычислений на графических процессорах, а также кластерных сис- темах на графических процессорах, поддерживающих технологию CUDA; 2) работоспособность на системах, построенных на базе нескольких графических процессоров (GPU), таких как отдельные персональные компьютеры (станции), или вычислительные гибридные GPU-кластеры; 3) масштабируемое выполнение сверхбольших задач (до 15000000 процессов и больше); 4) автоматическое размещение процессов и их потоков на вычислительных ядрах; 5) поддержку функциональности, предусмотренной стандартом MPI. 5.2.1.2 Разрабатываемый ПАК должен обеспечивать возможность: 45 1) задания геометрии мультифизической задачи; 2) задания начальных и граничных условий мультифизических задач с тепломассопереносом, возможностью фазовых переходов, а также деформациями твердых тел; 3) задания параметров задачи; 4) вывод промежуточных результатов в файлы заданного формата или в виде графиков и кар- тин распределения плотности, скорости и т.п. на монитор пользователя; 5) автоматизированного запуска параллельных приложений для гибридных суперкомпьютер- ных и кластерных систем (до 500 вычислительных узлов и более), выполненных на GPU; 5.2.2 Требования к организации входных данных Входными данными разрабатываемого ПК должны являться: 1) параметры расчета в виде файла в заданном формате, описанном в руководстве пользовате- ля; 2) начальные поля рассчитываемых величин в виде файлов в заданном формате, описанном в руководстве пользователя; 3) данные о наборе узлов кластерной системы и дополнительная информация об условиях па- раллельного исполнения программы, которые передаются в запускаемое приложение в виде файла в заданном формате, описанном в руководстве пользователя; 5.2.3 Требования к организации выходных данных Выходными данными разрабатываемого ПАК должны являться: 1) файлы, содержащие информацию о полях плотности, давления, скоростей течения и других величинах, рассчитываемых с помощью ПАК; 2) поля плотности, скоростей и т.д. в виде изображений на мониторе, отрисовываемых в реаль- ном времени; 3) графики вычисляемых параметров; 4) файлы, содержащие информацию о текущем состоянии расчетов (контрольные точки), кото- рые затем могут быть использованы для возобновления расчетов; 5.2.4 Требования к производительности 5.2.4.1 Разрабатываемый ПАК должен поддерживать не менее чем до 15 000 000 одновременно выполняющихся потоков. 5.2.4.2 Разрабатываемый ПАК для рабочих станций должен обеспечивать запуск приложений од- новременно не менее чем на 1000 графических CUDA ядрах (частота не менее 1,4 ГГц ) с исполь- зуемой графической памятью общим объемом не менее 6 ГБ (тип GDDR5 с частотой не менее 4000 МГц), оперативной памятью рабочей станции не менее 6 ГБ. 5.2.4.3 Суммарная пиковая вычислительная мощность не менее 1000 GFLOPS. 5.2.4.4 ПАК должен обеспечивать расчеты методами LBE в областях, содержащих до 10 000 000 или более расчетных ячеек. 5.2.4.5 ПАК должен обеспечивать расчеты методами MCA ансамблей, содержащих до 100 000 или более частиц. 5.3 Требования к надёжности Разрабатываемый ПАК должен удовлетворять следующим требованиям по отказоустойчивости: 1) обеспечивать запись промежуточных состояний моделируемой физической задачи в виде файлов (информация о значении плотностей, давлений, скоростей течения, деформациях и т.д.); 2) обеспечивать заданную точность расчетов. В случае ее нарушения ПАК должен информи- ровать пользователя сообщением; 3) обеспечивать расчеты на заданном интервале времени; 4) контролировать устойчивость по начальным условиям в тех задачах, где это предусмотрено; 46 5) обеспечивать выполнение тестовых задач (п. 5.1.6); 6) обеспечивать сообщениями реакцию на ошибки запуска и выполнения программы: - недостаточно памяти на GPU; - недостаточно оперативной памяти компьютера; - несоответствия запрошенного количества GPU и имеющегося в наличии; - несоответствия запрошенных параметров параллельного запуска (размер решетки, блока и т.д.) параметрам, допустимым используемой моделью GPU; - недостаточно места на жестком диске для сохранения данных в файл; - выход значений рассчитываемых параметров за пределы физически допустимых диа- пазонов. 5.4 Условия эксплуатации 5.4.1 Климатические условия эксплуатации Требования отсутствуют. 5.4.2 Требования к видам обслуживания Виды и периодичность обслуживания ПАК должны соответствовать требованиям ГОСТ Р 51188- 98 и рекомендациям Министерства труда и социального развития РФ, изложенным в Постановле- нии № 28 от 23 июля 1998 г. «Об утверждении межотраслевых типовых норм времени на работы по сервисному обслуживанию ПЭВМ и оргтехники и сопровождению программных средств». 5.4.3 Требования к численности и квалификации персонала Требования отсутствуют. 5.5 Требования к составу и параметрам технических средств 5.5.1 Программная часть разрабатываемого ПАК должна функционировать на гибридных кластер- ных системах (от 2-х до 100 вычислительных узлов): - построенных на базе графических карт, поддерживающих технологию CUDA, с внутренней памятью не менее 2 ГБ; - с оперативной памятью на узле не менее 2 Гб на каждую установленную видеокарту; - со свободным дисковым пространством не менее 2 Гб на одну видеокарту; - с коммуникационной средой, поддерживаемой MPI. 5.5.2 Состав и характеристики технических средств, необходимых для разработки программного комплекса: 1) локальный гибридный GPU-кластер минимум из 2 узлов для обеспечения тестирования пе- редачи данных между узлами по протоколу MPI; 2) функциональный сервер (2 шт.) на персональном компьютере с параметрами: - тип процессора Intel или AMD; - наличие не менее 2 GPU (графических карт NVIDIA); - тактовая частота не менее 2.0 ГГц; - оперативная память не менее 6.0 Гб; - дисковая подсистема не менее 500 Гб. 5.6 Требования к информационной и программной совместимости 5.6.1 Разрабатываемые программные компоненты ПАК должныфункционировать под управлени- ем следующих операционных систем: 1) программные компоненты ПАК, определенные в п. 5.1.1, должны работать в операционных системах Windows XP, Windows 7, а также в LINUX-подобных средах, в том числе и на кла- стерах. 2) программные компоненты для задания параметров расчета и визуализации расчетных дан- 47 ных должны работать в операционных системах Windows XP или Windows 7, а также в LINUX-подобных средах. 5.6.2 Разрабатываемый ПАК долженсовместно функционировать и взаимодействовать с про- граммными средствами MPI. 5.6.3 Поддерживаемое программное обеспечение: 1) Компиляторы GNU*: C, C++; 2) Компилятор Intel(R) C++. 5.6.4 Состав и характеристики сторонних программных средств, необходимых для обеспечения функционирования разрабатываемого ПАК, должны быть окончательно определены на этапе эс- кизного проектирования. 5.7 Требования к упаковке и маркировке 5.7.1 Требования к упаковке Программные компоненты разрабатываемого ПАК должны быть записаны на CD диск, который должен быть упакован с учетом требований ГОСТ Р 53624-2009. 5.7.2 Требования к маркировке 5.7.2.1 Разрабатываемый ПАК должен иметь маркировку с обозначением товарного знака компа- нии-разработчика, типа (наименования), номера версии, порядкового номера, даты изготовления и номера сертификата соответствия Госстандарта России (если таковой имеется). 5.7.2.2 Маркировка должна быть нанесена на CD диск с установленным ПАК с учетом требований ГОСТ 9181. 5.8 Требования к транспортированию и хранению 5.8.1 Разрабатываемый ПАК в составе рабочей станции, оснащенной графическими процессорами с установленным программным обеспечением для расчетов мультифизических задач, или про- граммная часть в приложении для вычислительных кластеров, записанная на CD диск, должны транспортироваться в упаковке в грузовом салоне автомобильного, крытых вагонах или контейне- рах железнодорожного или морского транспорта, а также в герметичных отсеках авиационного транспорта на расстояние: воздушным транспортом на любое расстояние; железнодорожным транспортом до 10000 км; автомобильным транспортом до 10000 км со скоростью не более 120 км/час по шоссейным дорогам с твердым покрытием и не более 90 км/час по грунтовым дорогам. 5.8.2 Условия транспортирования: ПАК хранится и транспортируется в штатной упаковке. Температура окружающей среды: от 5 до 40 °С; Размещение и крепление при транспортировке должны обеспечивать устойчивое положе- ние, исключающее смещение или удары. Распаковку ПАК, находившегося при температуре ниже 10 С, необходимо производить в отапливаемом помещении, выдержав его в нормальных климатических условиях не менее 12 часов. В помещениях для хранения не должно быть пыли, кислот, щелочей, а также паров и газов, вызывающих коррозию. 5.8.3 Гарантийный срок хранения программной части разрабатываемого ПАК, записанной на CD диск, в упаковке в отапливаемом помещении - не менее 5 лет. 5.9 Требования по стандартизации и унификации 48 5.9.1 Разрабатываемый ПАК должен обеспечивать унификацию функциональных задач, операций и интерфейсов. 5.9.2 Экранные формы ПАК должны проектироваться с учетом требований унификации: 1) все экранные формы пользовательского интерфейса должны быть выполнены в едином графическом дизайне, с одинаковым расположением основных элементов управления и на- вигации; 2) для обозначения сходных операций должны использоваться сходные графические значки, кнопки и другие управляющие (навигационные) элементы. Термины, используемые для обозначения типовых операций (добавление информационной сущности, редактирование поля данных), а также последовательности действий пользователя при их выполнении, должны быть унифицированы; 3) внешнее поведение сходных элементов интерфейса (реакция на наведение указателя «мы- ши», переключение фокуса, нажатие кнопки) должны реализовываться одинаково для одно- типных элементов. Система должна соответствовать требованиям эргономики и профессио- нальной медицины при условии комплектования оборудованием (ПЭВМ, монитор и прочее оборудование), имеющим необходимые сертификаты соответствия и безопасности Росстан- дарта. 6 Требования к документации 6.1 На первом этапе работ в течение не более 30-ти рабочих дней с даты подписания государствен- ного контракта должна быть разработана и согласована с Заказчиком "Комплектность технической документации, разрабатываемой в рамках государственного контракта". 6.2 Техническая (программная, эксплуатационная) документация должна соответствовать требова- ниям стандартов ЕСКД, ЕСПД. 6.3 Перечень другой отчетной документации, подлежащей оформлению и сдаче Исполнителем За- казчику на этапах выполнения работ, определяется требованиями нормативных актов Заказчика. 6.4 Техническая и другая отчетная документация представляется Заказчику или уполномоченной им организации на бумажном носителе в двух экземплярах и в электронном виде на оптическом носителе в одном экземпляре. 7 Специальные требования 7.1 Требования к испытаниям 7.1.1На всех этапах разработки ПК должна производиться оценка качества программных средств в соответствии с требованиями ГОСТ 28195-99. 7.1.2 Для подтверждения соответствия разрабатываемой продукциитребованиям настоящего тех- нического задания и нормативно-технической документации должны быть проведены следующие испытания опытного образца: 1) предварительные испытания с целью предварительной оценки соответствия опытного об- разца ПАК требованиям настоящего ТЗ, а также для определения готовности опытного об- разца к приемочным испытаниям; 2) приемочные испытания с целью оценки всех определенных настоящим ТЗ характеристик ПАК, проверки и подтверждения соответствия опытного образца ПАК требованиям ТЗ в условиях, максимально приближенных к условиям реальной эксплуатации (применения, использования) ПАК, а также для принятия решений о возможности промышленного про- изводства и реализации ПАК. 7.1.3 Для проведения испытаний должно быть изготовлено следующее количество опытных образ- цов разрабатываемого ПК: 1) для предварительных испытаний – 1 шт.; 2) для приемочных испытаний - 1 шт. 7.1.4 Предварительные испытания опытных образцов должны быть проведены по утвержденным программам и методикам головного исполнителя ОКР. 49 7.1.5 Приемочные испытания опытных образцов должны быть проведены по утвержденным про- граммам и методикам головного исполнителя ОКР, согласованным с Заказчиком. 7.1.6 Для обеспечения испытаний должны быть разработаны следующие средства: 1) программное обеспечение, предназначенное для тестирования, комплексной отладки и на- стройки разрабатываемого ПАК; 2) тестовые задачи для проверки алгоритмов ПАК. 8 Технико-экономические показатели 8.1 Основные технико-экономические требования 8.1.1 Разрабатываемый ПАК должен обеспечить: 1) внедрение графических процессоров и алгоритмов моделирования методом решеточных уравнений Больцмана в научную и инженерную практику: 2) масштабируемость на массивно-параллельную архитектуру графических процессоров; 3) снижение стоимости и сроков разработки и проектирования сложных технических систем и объектов за счет: предоставления программных средств для имитационного моделирования инженер- но-физических задач (параллельных вычислений на GPU) в системах с газодинами- ческими течениями и упругими деформациями; универсальности выполнения исполняемого модуля прикладной программы на рабо- чих станциях и/или кластерах; 4) повышение эффективности использования кластерных систем за счет повышения отказо- устойчивости выполнения параллельных приложений. 8.1.2 Разрабатываемый ПАК должен быть ориентирован на коммерческое применение в областях, где используются высокопараллельные расчеты, и являться конкурентоспособным на мировом рынке. 8.1.3 Должны быть проведены маркетинговые исследования рынка разрабатываемой продукции и разработан бизнес-план коммерциализации созданного ПК. 8.2 Требования к достижению программных индикаторов и показателей В процессе выполнения ОКР должны быть достигнуты значения программных индикаторов и по- казателей: год Наименование ед. изм. 2012 2013 2014 2015 Индикаторы И2.4.1 Число разработанных технологий, со- ответствующих мировому уровню либо пре- восходящих его еди- ниц - 1 - - И2.4.2 Число завершенных проектов, пере- шедших в стадию коммерциализации еди- ниц - 1 - - И2.4.3 Число патентов (в том числе междуна- родных) на результаты интеллектуальной деятельности, полученные в рамках выполне- ния комплексных проектов еди- ниц - 1 - - И2.4.4 Численность молодых специалистов, привлеченных к проведению исследований в рамках комплексных проектов (докторов на- ук, кандидатов наук, докторантов, аспиран- тов, сотрудников без ученой степени, специа- листов, студентов (не менее 30% от общей численности исполнителей работы в каждом году)) чело- век (указыва- ется уча- стником размеще- ния заказа) (указыва- ется уча- стником размеще- ния заказа) - - И2.4.5 Число диссертаций на соискание уче- Еди- 0 0 - - 50 ных степеней, защищенных в рамках выпол- нения комплексных проектов ниц И2.4.6 Число публикаций, содержащих ре- зультаты интеллектуальной деятельности, полученные в рамках выполнения комплекс- ных проектов еди- ниц 0 1 - - Показатели Объем привлеченных внебюджетных средств (не менее 50 % от общей стоимости работ в каждом году) млн. руб. (указыва- ется уча- стником размеще- ния заказа) (указыва- ется уча- стником размеще- ния заказа) - - Объем дополнительного производства новой и усовершенствованной высокотехнологич- ной продукции за счет коммерциализации созданных передовых технологий млн. руб. (указыва- ется уча- стником размеще- ния заказа) (указыва- ется уча- стником размеще- ния заказа) Дополнительный объем экспорта высокотех- нологичной продукции млн. руб. (указыва- ется уча- стником размеще- ния заказа) (указыва- ется уча- стником размеще- ния заказа) Количество новых рабочих мест, созданных в рамках реализации проектов, для высококва- лифицированных работников еди- ниц (указыва- ется уча- стником размеще- ния заказа) (указыва- ется уча- стником размеще- ния заказа) 9 Требования к патентной чистоте и патентоспособности 9.1 На 1 этапе должны быть проведены патентные исследования в соответствии с ГОСТ Р 15.011- 96. 9.2 Патентная чистота на методы изготовления и конструктивные решения должна быть обеспече- на в отношении Российской Федерации и стран, куда возможна поставка изделий, а также передача технической, информационной и другой документации. 9.3 Должны быть представлены сведения об охранных и иных документах, которые будут препят- ствовать применению результатов работ в Российской Федерации (и в других странах – по требо- ванию заказчика), и условия их использования с представлением соответствующих обоснованных предложений и расчетов. 9.4 РИД, полученные в ходе выполнения ОКР, подлежат регистрации и охране в соответствии с действующим законодательством Российской Федерации. 10 Перечень, сроки выполнения и финансирование по этапам 10.1 Наименование этапов и выполняемые работы Этап 1. Технический проект 1.1 Разработка и согласование с Заказчиком комплектности технической документации, разраба- тываемой в рамках государственного контракта. 1.2 Аналитический обзор информационных источников. 1.3 Исследование объекта ОКР. 1.4 Проведение патентных исследований в соответствии ГОСТ Р 15.011-96. 1.5 Выбор технических и программных средств для реализации ОКР. 1.6 Разработка технического проекта ПАК. 1.7 Реализация мероприятий по достижению программных индикаторов и показателей. 1.8 Разработка промежуточного отчета о ОКР и его рассмотрение на учёном (научно-техническом) совете. 1.9 Разработка отчетной документации в соответствии с требованиями технического задания и ак- тов Заказчика. 51 Этап 2. Изготовление опытного образца и проведение предварительных испытаний 2.1 Разработка экспериментального образца программных реализаций метода решеточных уравне- ний Больцмана и метода подвижных клеточных автоматов для параллельных расчетов на графиче- ских процессорах. 2.2 Разработка программной документации на образец ОКР. 2.3 Разработка программы и методики испытаний образца ОКР. 2.4 Проведение предварительных испытаний образца ОКР. 2.5 Реализация мероприятий по достижению программных индикаторов и показателей. 2.6 Разработка промежуточного отчета о ОКР и его рассмотрение на учёном (научно-техническом) совете. 2.7 Разработка отчетной документации в соответствии с требованиями технического задания и ак- тов Заказчика. Этап 3. Проведение приемочных испытаний 3.1 Доработка экспериментального образца с учетом результатов предварительных испытаний. 3.2 Разработка программы и методики приемочных испытаний образца ОКР. 3.3 Проведение приемочных испытаний образца ОКР. 3.4 Реализация мероприятий по достижению программных индикаторов и показателей. 3.5 Разработка отчета о ОКР и его рассмотрение на учёном (научно-техническом) совете. 3.6 Разработка отчетной документации в соответствии с требованиями технического задания и ак- тов Заказчика. 10.2 Разрабатываемые документы, сроки исполнения и финансирование по этапам Перечень документов, разрабатываемых на этапах выполнения НИР, сроки исполнения и объемы финансирования по этапам приведены в календарном плане. 11 Предполагаемое использование результатов ОКР 11.1 Результаты проведенной ОКР могут быть использованы для проведения опытно- конструкторских работ направленных на создание инновационной технологии и программного обеспечения для осуществления сложных инженерных мультифизических расчетов. 12 Порядок приемки этапов ОКР 12.1 Работы должны выполняться поэтапно в соответствии с требованиями ГОСТ Р 15.201-2000. 12.2 Сдача и приемка выполненных работ (этапов работ) осуществляется в порядке, установленном актами Заказчика. |