Авторитетность издания
ВАК - К1
RSCI, ядро РИНЦ
Добавить в закладки
Следующий номер на сайте
№4
Ожидается:
09 Декабря 2024
Статьи журнала №3 2017
1. Высокопроизводительный микропроцессор 1890ВМ118 с архитектурой КОМДИВ для создания доверенных систем [№3 за 2017 год]Авторы: Аряшев С.И. (aserg@cs.niisi.ras.ru) - Федеральный научный центр Научно-исследовательский институт системных исследований РАН (ФНЦ НИИСИ РАН) (зав. отделением), кандидат технических наук; Бобков С.Г. (bobkov@cs.niisi.ras.ru) - Научно-исследовательский институт системных исследований РАН, г. Москва (директор); Зубковский П.С. (zubkovsky@niisi.ras.ru) - Федеральный научный центр Научно-исследовательский институт системных исследований РАН (ФНЦ НИИСИ РАН) (зав. отделом); Морев С.А. (morev@cs.niisi.ras.ru) - Федеральный научный центр Научно-исследовательский институт системных исследований РАН (ФНЦ НИИСИ РАН) (младший научный сотрудник); Рогаткин Б.Ю. (boris240@cs.niisi.ras.ru) - Федеральный научный центр Научно-исследовательский институт системных исследований РАН (ФНЦ НИИСИ РАН) (научный сотрудник);
Аннотация: В статье рассматриваются особенности разработки высокопроизводительного микропроцессора для создания доверенных систем. Производительность микропроцессора определяется производительностью ядра или количеством одновременно выполняющихся операций и временем доступа к памяти. Возможность использования микропроцессора для создания доверенных систем основывается на использовании в его составе блоков и узлов собственной разработки. Производительность ядра микропроцессора определяется в основном тремя характеристиками: тактовой частотой микропроцессора, частотой следования инструкций и количеством операций, выполняемых одной инструкцией. Для микропроцессора 1890ВМ118 эти характеристики в большинстве случаев оптимизируются по параметру соотношения производительности и потребляемой мощности. Повышение тактовой частоты достигается за счет использования заказного проектирования критичных для быстродействия блоков и оптимизации длины конвейера. Частота следования инструкций увеличивается путем использования таких аппаратных решений, как суперскалярное исполнение инструкций, предсказание переходов и предварительная подкачка данных в кэш-памяти. Реализация арифметического сопроцессора, ориентированного на задачи цифровой обработки сигналов, позволяет повысить число операций, выполняемых одной командой. Повышение производительности подсистемы памяти рассматривается в статье с точки зрения симметричного доступа к памяти для двухъядерного микропроцессора. Описан подход к реализации когерентности в кэш-памяти процессорных ядер. Особое внимание уделено средствам повышения безопасности в микропроцессоре, которые предназначены для создания на его основе доверенных систем. Рассмотрены аппаратные решения для доверенной загрузки операционной системы и изолированного доступа к памяти. Для обеспечения доверенной загрузки предлагается использовать накристальное постоянное запоминающее устройство и однократно программируемую память, содержащие безопасный начальный загрузчик, а также ключи для проверки подписей операционной системы. К средствам изолированного доступа относится рассмотренный в статье контроллер доступа к памяти, реализованный в микропроцессоре. Предложены перспективные направления повышения безопасности систем на кристалле для создания доверенных систем на основе микропроцессоров разработки ФНЦ НИИСИ РАН.
Abstract: This article considers the problems of developing a high-performance microprocessor for trusted computing systems.
Microprocessor performance is determined by core capacity or a number of stages, which may be in execution simultaneously, and memory access time. Microprocessor applicability to create trusted systems is based on using self-made blocks and nodes.
Microprocessor core performance is determined by three characteristics: clock frequency, operations per instruction, instruction rate. For 1890VM118 microprocessor these characteristics were optimized by performance/power parameter. Clock frequency increasing is achieved using custom development of timing critical blocks and pipeline length optimization. Hardware solutions, such as superscalar instruction execution, branch prediction and preliminary data load in cache memory, increase instruction rate. Implementation of the arithmetic co-processor focused on digital signal processing tasks allows increasing the number of operations per instruction. The paper considers increasing memory subsystem performance in terms of symmetric memory access for a dual-core microprocessor. It also describes the approach to implementing cache coherence in processor cores.
The authors pay special attention to increasing the security level in microprocessor for trusted computing systems. They consider hardware solutions for operating system trusted boot and isolated memory access. To ensure trusted boot the authors suggest using on-chip ROM and one-time-programmable memory containing a secured bootloader and the keys to verify the signatures of an operating system. Isolated access solutions include a memory access controller discussed in the article and implemented inside a microprocessor. The paper proposes prospective solutions for creating trusted systems based on microprocessors by NIISI RAS.
Ключевые слова: сопроцессор, архитектура микропроцессора, система на кристалле, доверенные системыKeywords: co-processor, microprocessor architecture, system on a chip, trusted systems
Просмотров: 9822
2. Воспроизведение видеоданных высокой четкости в виртуальной трехмерной среде имитационно-тренажерных систем [№3 за 2017 год]
Авторы: Гиацинтов А.М. (algts@inbox.ru) - Центр визуализации и спутниковых информационных технологий НИИСИ РАН (cтарший научный сотрудник); Мамросенко К.А. (kirillam@ya.ru) - Научно-исследовательский институт системных исследований РАН, г. Москва (руководитель Центра), кандидат технических наук;
Аннотация: В статье приводятся разработанные методы воспроизведения видеоматериалов высокой четкости в подсистеме визуализации тренажерно-обучающих систем. Тренажерно-обучающие системы, как правило, содержат значительное количество разнородных информационных ресурсов. Особый интерес представляют такие виды аудиовизуальной учебной информации, как динамические графики развития процессов, иллюстративные материалы изучаемых объектов, трехмерные модели объектов и их частей, результаты работы моделирующих комплексов в форме видеообразов с сохранением управляемости приложения, видеоматериалы. Подсистема визуализации обеспечивает отображение результатов моделирования внешней среды и объекта управления с помощью устройств отображения информации. Отображение видеоматериалов в виртуальной трехмерной сцене является одним из требований к тренажерно-обучающим системам. Воспроизведение видеоматериалов внутри виртуальной трехмерной сцены является сложной задачей, так как необходимо учитывать такие факторы, как производительность подсистемы визуализации и производительность видеокарты. Подсистема визуализации должна обеспечивать отображение трехмерной сцены с приемлемой частотой кадров (не менее 25 кадров в секунду) и при этом быть способной реагировать на внешние воздействия, в том числе на изменения параметров трехмерной сцены или загрузку дополнительных объектов. Для отображения нескольких видеоматериалов высокой четкости в виртуальной трехмерной сцене авторами была разработана и реализована архитектура декодера кадров видео. Архитектура включает декодер видео, в котором происходит декодирование видео- и аудиопакетов; подсистему воспроизведения декодированного звука; управляющую структуру, необходимую для запуска видео, паузы воспроизведения, выставления громкости воспроизводимого видео и т.д.; интерфейс взаимодействия с движком, необходимый для обновления видеокадров.
Abstract: The article describes the developed methods of high-resolution video playback in a visualization subsystem of training simulation systems (TSS). Usually TSS have a number of heterogeneous data resources. The following resource types are of interest for personnel training: dynamic process development charts; graphic materials of studied objects; 3D models of objects and their parts; simulation results in a video form; video records. Visualization subsystem provides rendering simulation results of environment and dynamic objects, and displaying the rendered image using display devices. Displaying videos in virtual 3D scenes is one of the requirements for TSS.
Displaying videos inside a virtual 3D scene is a complex task, as many factors should be taken in account, such as performance of a video card and a visualization subsystem (renderer). A renderer should visualize a 3D scene with acceptable frame rate (not less than 25 frames per second) and respond to commands, such as a 3D scene transformation or new objects loading.
The authors have developed and implemented a new decoder architecture in order to display several high definition videos in a virtual 3D scene. The architecture includes the following components: a decoder that decompresses audio and video packets; an audio playback system; a control module that allows starting, stopping playback, setting volume, etc.; an interface that interacts with a visualization subsystem, which is required for updating video images.
Ключевые слова: декодер, видео, рендеринг, тренажер, видеоматериалы, система визуализации, тренажерно-обучающие системыKeywords: decoder, video, rendering, simulator, video, visualization system, training simulation systems
Просмотров: 9446
3. Моделирование распределения потенциала в двухзатворном полевом нанотранзисторе со структурой кремний на изоляторе с асимметричным затвором [№3 за 2017 год]
Авторы: Масальский Н.В. (volkov@niisi.ras.ru) - НИИСИ РАН (зав. сектором), кандидат физико-математических наук;
Аннотация: Рассматриваются аналитическая 2D-модель распределения потенциала и вытекающая из нее модель порогового напряжения для тонкопленочного двухзатворного полевого нанотранзистора со структурой кремний на изоляторе с фронтальным затвором из двух последовательно соединенных материалов с разной работой выхода. Исследованы поведение потенциала в транзисторных структурах в области длин затворов менее 50 нм, его зависимости от смещений на стоке для различных конфигураций фронтального затвора. Полученные результаты однозначно показывают, что применение двух материалов с разной работой выхода во фронтальном затворе приводит к эффективному подавлению короткоканальных эффектов из-за ступенчатой функции в профиле потенциала на границе раздела двух материалов. Сдвиг положения поверхностной позиции минимума поверхностного потенциала незначителен с увеличением смещений стока. Пиковое электрическое поле у стока значительно снижается по сравнению с аналогичной транзисторной структурой, но с однородным фронтальным затвором. Одновременно прогнозируются достижение более высокой активной межэлектродной проводимости и уменьшение подпороговой утечки по сравнению с классическими двухзатворными полевыми нанотранзисторами со структурой кремний на изоляторе в области длин затворов менее 50 нм. Отличительными свойствами исследуемых структур являются существенное снижение пика электрического поля на границе рабочая область–сток, уменьшение паразитных эффектов порогового напряжения. Результаты моделирования хорошо согласуются с данными вычислительного эксперимента, полученными при помощи коммерчески доступного программного пакета ATLAS, предназначенного для моделирования сложных транзисторных структур. Таким образом, применение двух материалов с разной работой выхода во фронтальном затворе двухзатворных полевых нанотранзисторов со структурой кремний на изоляторе улучшает их ключевые электрофизические характеристики по сравнению с двухзатворными полевыми транзисторами с однородным фронтальным затвором и с объемными аналогами.
Abstract: The paper considers a 2D analytical model of potential distribution and a following threshold voltage model for a thin-film dual-gate field nanotransistor with "silicon-on-insulator" structure with a front gate from two sequentially connected materials with different work function. It also investigates potential behavior in transistor structures in the field of gate lengths less than 50 nanometers, its dependence on drain offsets for different configurations of a frontal gate.
The received results show that using two materials with different work function in a frontal gate leads to effective suppression of short-channel effects due to a step function in a potential profile on the boundary of two materials. The shift of a surface line of a surface potential minimum is insignificant with increasing drain biases. The peak electric field at a drain considerably decreases in comparison with similar transistor structure but with a uniform frontal gate. At the same time, it is predicted to be a higher active interelectrode conductance and reduction of subthreshold leak in comparison with classical two-gate field nanotransistors with structure "silicon-on-insulator" in the gate lengths less than 50 nanometers.
The distinctive properties of the researched structures are essential lowering of an electrical field peak on boundary of a working area and a drain, reduction of parasitic effects of threshold voltage. The simulation results are in good agreement with experiment data received by means of commercially available software package ATLAS intended for simulation of complex transistor structures.
Thus, using two materials with different work function in a front gate of dual-gate field nanotransistors with the structure "silicon-on-insulator" improves their key electrophysical characteristics in comparison with dual-gate field transistors with a uniform front gate and volume analogues.
Ключевые слова: пороговое напряжение, распределение потенциала, асимметричный фронтальный затвор, 2d-уравнение пуассона, двухзатворный кни кмоп-нанотранзисторKeywords: threshold voltage, potential distribution, asymmetric front gate, 2d poisson equation, dual-gate soi cmos nanotransistor
Просмотров: 8439
4. Многофункциональный программный комплекс теплового проектирования электронных систем: требования к архитектуре и функциональным возможностям моделирования [№3 за 2017 год]
Авторы: Мадера А.Г. (alexmadera@mail.ru) - НИИСИ РАН (профессор, зав. отделом), доктор технических наук; Решетников В.Н. (rvn_@mail.ru) - Центр визуализации и спутниковых информационных технологий ФНЦ НИИСИ РАН (профессор), доктор физико-математических наук;
Аннотация: Рассмотрены концепции математического и компьютерного моделирования, положенные в основу разработки и создания многофункционального программного комплекса для теплового проектирования сложных электронных систем. Показаны принципиальные недостатки зарубежных программных комплексов теплового проектирования, которые не позволяют использовать их в практике проектирования и создания конкурентоспособных электронных систем. В статье обоснованы требования к многофункциональному программному комплексу для адекватного проектирования тепловых процессов и температурных распределений в электронных системах в условиях функционирования и эксплуатации, приближенных к реальным, а именно: программный комплекс должен обеспечивать возможность моделировать тепловые процессы в электронных системах, являющиеся нелинейными, нестационарными, трехмерными, интервально-стохастическими, а также учитывать влияние тепловой обратной связи, особенности конструкции и монтажа элементов в электронной системе, воздействие дестабилизирующих механических, климатических и радиационных факторов. Архитектура многофункционального программного комплекса должна включать высокоэффективное математическое вычислительное ядро, развитую сервисную пользовательскую оболочку, отвечающую современным требованиям к сложным программным комплексам и системам. Сервисная оболочка, в свою очередь, должна обеспечивать визуальную, наглядную и удобную для восприятия форму задания исходных данных в виде цветных изображений температурных распределений и других тепловых характеристик на различных иерархических уровнях. Программный комплекс реализуется в среде Microsoft Visual Studio, обеспечивающей объектно-ориентированный подход, на языке высокого уровня С#, под управлением семейства операционных систем Microsoft Windows. Модульность архитектуры позволяет эффективно расширять возможности и модернизацию программного комплекса.
Abstract: The paper considers fundamental concepts of mathematical and computer modeling, which are the basis of the development and creation of a multifunctional software package for thermal design of complex electronic systems. It shows the basic flaws of foreign thermal design software systems, which are not applicable in practice of designing and creating competitive electronic systems.
The article establishes the requirements for a multifunctional software package for adequate design of thermal processes and temperature distributions in real electronic systems under real conditions of operation and functioning. Namely, the software package should provide the ability to model thermal processes in electronic systems that are nonlinear, nonstationary, three-dimensional, interval stochastic, as well as take into account the influence of thermal feedback, design and installation of elements in electronic systems, effects of destabilizing mechanical, climatic and radiation factors.
The architecture of the multifunctional software package should contain a highly efficient mathematical computing core, a de-veloped service user interface that meets modern requirements for complex software packages and systems. The service shell, in turn, should provide a visual, intuitive and easy-to-understand form of setting initial data in the form of color images of temperature distributions and other thermal characteristics at different hierarchical levels.
The software package is implemented in Microsoft Visual Studio that provides an object-oriented approach in the high-level language C# powered by Microsoft Windows operating system family. Modular architecture allows expanding the possibilities and upgrading the software complex effectively.
Ключевые слова: дестабилизирующие факторы, тепловая обратная связь, стохастический, температурное распределение, математическая модель, тепловая модель, электронная система, программный комплексKeywords: destabilizing factors, thermal feedback, stochastic, temperature distribution, mathematical model, thermal model, electronic system, software package
Просмотров: 10037
5. Идентификация состояния сложной технической системы в условиях неопределенности измерительной информации [№3 за 2017 год]
Авторы: Генов А.А. (vlad_osipovv@mail.ru) - НИИСИ РАН (профессор, ведущий научный сотрудник), доктор технических наук; Русаков К.Д. (rusakov.msk@yandex.ru) - Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН (младший научный сотрудник); Хиль С.Ш. (skhill@mail.ru ) - Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет) (доцент), кандидат технических наук;
Аннотация: В статье обозначена актуальная задача идентификации функционального состояния сложной технической системы в условиях повышенной зашумленности с помощью перехода к другому пространству признаков наблюдаемого состояния, определено понятие «функциональное состояние». Задача оценки функционального состояния показана как дуальная задача идентификации и распознавания образов. Уделено внимание возможному выбору параметров математических моделей, а также их структур в качестве новых признаков наблюдаемого состояния. Для решения задачи параметрической идентификации выбран метод наименьших квадратов, показывающий смену функционального состояния. В задачах контроля и испытания сложными техническими системами немаловажную роль играет процесс анализа измерительной информации. Только пройдя все этапы обработки, можно принять решение о том или ином состоянии объекта испытаний. Однако сделать это сложно в случае поступления информации очень низкого качества. Устранение данной проблемы сводится в основном к поиску решений по формированию и совершенствованию соответствующих правил принятия управленческих решений. При этом в штатных условиях и ситуациях создание таких правил во многих случаях не вызывает особых проблем, однако в нештатных условиях сделать это проблематично. Анализ состояния сложных технических объектов или их подсистем по результатам измерений предполагает решение задач структурной и параметрической идентификации. Управление сложными техническими объектами и их испытание характеризуются неопределенностью воздействия внешних факторов, аномальными и случайными погрешностями измерений. Для обеспечения требуемого качества анализа состояния их подсистем необходимо формирование принципов адаптивного управления процессом идентификации, методик оптимального выбора структуры моделей исходя из качества данных измерений. Особенно это актуально при автоматизации вторичной обработки на объектах с терминальным управлением.
Abstract: The article considers a topical problem of identification of a complex technical system functional state in conditions of increased noisiness using a transition to another attribute space of the observed state. The authors define the term “functional state”.
The paper shows the problem of estimating a functional state as a dual problem of identification and pattern recognition. It pays attention to a possible selection of parameters of mathematical models and their structures as new signs of the observed state. As an example, in order to solve the parametric identification problem, the authors have selected the method of least squares. It shows the changing of the functional state.
The process of analyzing measuring information plays an important role in the tasks of monitoring and testing by complex technical systems. Only after passing through all stages of processing, it is possible to decide on the condition of the test object. However, it is difficult to do in case of poor quality information. Elimination of this problem is mainly comes to searching solutions in order to form and improve relevant rules for management decision-making. At the same time, in normal conditions and situations, creation of such rules in many cases does not cause any special problems. Nevertheless, in abnormal conditions it is problematic. The state analysis of complex technical objects or their subsystems according to the measurement results assumes the solution of structural and parametric identification problems.
Management of complex technical objects and their testing is characterized by uncertainty of external influence, anomalous and accidental measurement errors. To ensure the required quality of their subsystems state analysis, it is necessary to form the principles of identification process adaptive control, the methods of an optimal choice of a model structure based on the quality of measurement data. This is particularly topical for automation of secondary processing at terminal control facilities.
Ключевые слова: метод наименьших квадратов, параметрическая идентификация, распознавание образов, повышенная зашумленность, сложная техническая система, функциональное состояние, идентификация состоянияKeywords: method of least squares, parameter identification, pattern recognition, increased noisiness, complex technical system, functional state, state identification
Просмотров: 9823
6. Проблемы отладки многопроцессных систем [№3 за 2017 год]
Авторы: Галатенко В.А. (galat@niisi.msk.ru) - НИИСИ РАН, г. Москва (зав. сектором автоматизации программирования), кандидат физико-математических наук; Костюхин К.А. (kost@niisi.msk.ru) - Научно-исследовательский институт системных исследований РАН (НИИСИ РАН) (старший научный сотрудник), кандидат физико-математических наук;
Аннотация: Статья посвящена проблеме отладки сложных многопроцессных систем. Разработка качественных сложных аппаратно-программных систем – длительный, трудоемкий процесс. Считается, что около половины времени уходит на отладку. Переход на многоядерные процессорные архитектуры сделал параллелизм нормой, равно как и специфичные для параллельных систем ошибки. Это делает отладку еще более важной и одновременно более сложной. Основная особенность многопроцессных систем – использование сложных асинхронных взаимодействий между компонентами системы, эта особенность влияет на подходы к отладке систем, определяет выбор инструментов и методов отладки. Сложность отладки также обусловлена количеством и разнородностью компонентов многопроцессных систем, часть из которых могут быть аппаратными. Традиционный набор инструментов отладки в широком смысле (интерактивный отладчик, трассировщик, библиотеки самоконтроля, воспроизведения и отладки производительности) не теряют своей актуальности, но варианты их применения изменяются. В работе сначала рассматриваются существующие средства и методы отладки, выделяются их достоинства и недостатки. Затем описываются существующие проблемы отладки многопроцессных систем и предлагается архитектура отладчика многопроцессных систем. В заключении представлены выводы авторов.
Abstract: The article considers multiprocess complex systems debugging. The development of high-quality complex systems is a long and time-consuming process. It is believed that debugging takes about a half of this time. Switching to multi-core processor architectures has made parallelism a regular task, as well as errors specific for parallel systems. This makes debugging even more important and at the same time more complicated.
The main feature of multiprocessing systems is using complex, asynchronous interactions between system components. This feature influences the approaches to debugging, determines the choice of debugging tools and methods. The complexity of debugging is also determined by the quantity and heterogeneity of multi-process system components, some of them might be hardware. A traditional set of debugging tools is the following: an interactive debugger, a tracer, self-monitoring libraries, reverse execution. Their application changes.
The first chapter describes the existing debugging tools and techniques. The authors highlight their advantages and disadvantages. The next two chapters describe the existing problems of multiprocess system debugging. The fourth chapter provides the architecture of multiprocess system debugger. In conclusion authors present the results of their work.
Ключевые слова: многопроцессные системы, трассировка, мониторинг, отладка, контролируемое выполнениеKeywords: multiprocess systems, tracing, the automated information system, debugging, controlled execution
Просмотров: 9113
7. Решение задач оптимизации при суперэлементном моделировании разработки нефтяных месторождений [№3 за 2017 год]
Авторы: Афанаскин И.В. (ivan@afanaskin.ru) - Федеральный научный центр Научно-исследовательский институт системных исследований РАН (ФНЦ НИИСИ РАН) (зав. группой), кандидат технических наук; Ялов П.В. (petryalov@gmail.com) - Федеральный научный центр Научно-исследовательский институт системных исследований РАН (ФНЦ НИИСИ РАН) (инженер); Гиацинтов А.М. (algts@inbox.ru) - Центр визуализации и спутниковых информационных технологий НИИСИ РАН (cтарший научный сотрудник); Родителев А.В. (avrod_94@mail.ru) - Федеральный научный центр Научно-исследовательский институт системных исследований РАН (ФНЦ НИИСИ РАН) (ведущий программист);
Аннотация: Нефтяные месторождения России разрабатываются преимущественно с помощь заводнения. Большинство из них находятся на третьей или четвертой стадии разработки. Следовательно, обводненность продукции скважин составляет 80–90 % и более. В этих условиях с целью оптимизации разработки месторождений инженеры-нефтяники стараются уменьшить добычу и закачку воды при сохранении или увеличении добычи нефти. Для этого решаются задачи контроля и регулирования разработки месторождения с использованием различных математических моделей. В данной работе рассматривается суперэлементная математическая модель заводнения, основанная на модели двухфазной фильтрации слабосжимаемых несмешивающихся жидкостей (нефти и воды) в упругом пласте по закону Дарси. Система дифференциальных уравнений для давления и насыщенности аппроксимирована на сетке Вороного полностью явным образом. Размеры суперэлементов сопоставимы с расстоянием между скважинами. Это позволяет проводить вычисления без использования специального ПО. Для решения обратных задач (определения коэффициентов модели или оптимизации параметров разработки) в работе используются метод Ньютона и метод сопряженных градиентов. В классической постановке обратной задачи методы теории оптимизации должны применяться непосредственно к математической модели исследуемого процесса. Однако в случае решения задач разработки нефтяных месторождений количество параметров для оптимизации может быть очень велико, а сложность математической модели довольно высока, поэтому применение методов теории оптимизации непосредственно к математической модели может быть очень трудоемким. Для преодоления этого противоречия предлагается с помощью математической модели заводнения строить статистические зависимости показателей разработки от искомых параметров, а затем применять методы теории оптимизации уже не к математической модели, а к полученным статистическим зависимостям. Для иллюстрации такого подхода рассматривается решение задачи адаптации модели по абсолютной проницаемости. Установлено, что применение метода сопряженных градиентов непосредственно к модели заводнения дает ошибку в определении проницаемости 11,8 %. Применение того же метода к статистической зависимости ошибки адаптации модели (по накопленной добыче и закачке нефти и воды) от логарифма проницаемости дает ошибку в определении проницаемости лишь немногим больше – 15 %.
Abstract: Oil fields of Russia are mainly developed by waterflooding. Most of them are in the 3rd or 4th stage of development. Consequently, the water cutting of well production is 80–90% or more. In these conditions, in order to optimize the development of deposits, oil engineers try to reduce water production and injection while maintaining or increasing oil production. For this purpose, there are the tasks of field development control and regulation. These problems are solved using various mathematical models.
This paper considers a superelement mathematical waterflooding model based on a two-phase filtration model for weakly compressible immiscible liquids (oil and water) in an elastic bed under the Darcy law. The system of differential equations for pressure and saturation is approximated on Voronoi diagram in an entirely explicit manner. The size of the superelements is comparable to the distance between the wells. This allows performing calculations without using special software. To solve inverse problems (determine model coefficients or optimize development parameters), the work uses Newton's method and the conjugate gradient method. In the classical setting of an inverse problem, the optimization theory methods should be applied directly to the mathematical model of the process under study. However, when solving oilfield development problems, the number of optimization parameters can be large, and the complexity of the mathematical model is quite high. Therefore, the application of optimization theory methods directly to a mathematical model can be very time-consuming. To overcome this contradiction, it is proposed to build statistical dependencies of the development indices on the required parameters using a mathematical model of waterflooding, and then to apply optimization theory methods no longer to the mathematical model, but to the statistical dependencies obtained.
To illustrate this approach, we consider the solution of the problem of model adaptation to absolute permeability. It is established that the application of the conjugate gradient method directly to the waterflooding model gives an error in determining the permeability of 11,8 %. Applying the same method to a statistical dependence of a model adaptation error (on accumulated production and injection of oil and water) on the logarithm of permeability gives an error in determining permeability of only a little more, it is 15 %.
Ключевые слова: обратные задачи, сетка вороного, суррогатная модель, суперэлементная модель, оперативное моделирование, экспресс-моделирование, заводнениеKeywords: inverse problems, voronoy grid, surrogate model, superelement model, prompt modeling, express modeling, waterflooding
Просмотров: 8073
8. Реализация каналов спецификации ARINC 653 в операционной системе реального времени Багет 3 [№3 за 2017 год]
Авторы: Годунов А.Н. (nkag@niisi.ras.ru) - Федеральный научный центр Научно-исследовательский институт системных исследований РАН (ФНЦ НИИСИ РАН) (зав. отделом), кандидат физико-математических наук; Солдатов В.А. (nkvalera@niisi.ras.ru) - Федеральный научный центр Научно-исследовательский институт системных исследований РАН (ФНЦ НИИСИ РАН) (старший научный сотрудник), кандидат технических наук; Хоменков И.И. (nkigor@niisi.ras.ru) - Федеральный научный центр Научно-исследовательский институт системных исследований РАН (ФНЦ НИИСИ РАН) (ведущий инженер);
Аннотация: В статье рассматриваются каналы спецификации ARINC 653, предназначенные для взаимодействия между процессами. Предлагаются основные принципы построения и методы взаимодействия драйверов каналов с отечественной операционной системой реального времени Багет 3, в которой интерфейс с пользователем базируется на спецификации ARINC 653 и стандарте POSIX. Доступ к каналам осуществляется через порты. У каждого канала имеются только один порт, передающий сообщения, а также один или несколько портов, принимающих сообщения. Данные в каналах могут передаваться только в одном направлении. Прикладная программа может использовать каналы в процессах, соответствующих как спецификации ARINC, так и стандарту POSIX. Формулируются требования, предъявляемые к драйверам каналов, и описываются средства управления уведомлениями, которые используются при создании конкретного драйвера. Рассматриваются этапы инициализации, приема и передачи сообщений, а также алгоритмы их реализации. Предложенные способы построения взаимодействия драйверов каналов с операционной системой реального времени позволяют избежать записи данных в память чужого процесса, что существенно повышает надежность функционирования системы. Этот же интерфейс используется и в распределенных вычислительных системах, когда отдельные узлы системы соединяются между собой посредством шин с общим доступом (VME, RapidIO, Fibre Channel) или с помощью сети Ethernet. Таблица связей по каналам определяется при конфигурировании системы. Драйвер каналов, разработанный для коммуникационной среды RapidIO, отличающейся высоким быстродействием, используется в отечественной многопроцессорной системе цифровой обработки сигналов.
Abstract: The article considers ARINC specification 653 channels, which are intended for interprocess communication. The paper proposes the basic methods of designing channel driver, as well as their interaction with the Russian real-time operating system
Baget 3 (RTOS Baget 3). RTOS Baget 3 user interface is based on ARINC 653 Specification and POSIX standard. The channel ac-cess is performed through ports. Every channel has the only port for sending messages and a single or several destination ports for receiving messages. Messages can be sent through a channel in only one direction. An application program can use the channels in the processes that correspond both ARINC and POSIX.
The paper specifies the requirements for channel drivers and describe notification control means used for driver development. It also considers the stages of initialization, sending/receiving messages and implemented algorithms. The proposed methods of im-plementing drivers interaction with RTOS allow avoiding data recording to the other process memory that significantly enhances the system reliability. Distributed computing systems use the same interface when separate subsystems are interconnected by means of shared access buses (VME, RapidIO, Fibre Channel) or Ethernet. The connection table for processor units is specified at the stage of system configuration. The channel driver, designed for RapidIO communication environment that offers fast operation speed, is used in a multiprocessor digital signal processing system.
Ключевые слова: arinc 653, posix, rapidio, многопроцессорные системы, драйверы, каналы, операционная система, реальное времяKeywords: arinc 653, posix, RapidIO, multiprocessor systems, drivers, channels, operating system, real time
Просмотров: 10994
9. Анализ современных методов тестирования и верификации проектов сверхбольших интегральных схем [№3 за 2017 год]
Автор: Слинкин Д.И. (slin@nm.ru) - НИИСИ РАН (зав. группой);
Аннотация: Компании, разрабатывающие сверхбольшие интегральные схемы (СБИС), придерживаются определенных маршрутов проектирования и входящих в них маршрутов тестирования. Считается, что 60–80 % усилий команд-разработчиков аппаратных средств затрачивается на верификацию и отладку. Важным этапом является отладка моделей уровня регистровых передач (RTL). При этом не существует универсальной методики для решения этой задачи. В статье анализируются зарубежные и отечественные публикации, посвященные отладке и верификации про-мышленных проектов СБИС. Разбираются четыре основные методологии: формальная верификация, имитационное тестирование, использование аппаратных ускорителей, создание прототипов на основе программируемых логических интегральных схем (ПЛИС). Для каждой из этих методологий приводится информация о способе выявления ошибок, существующих программных и аппаратных инструментах, которые могут быть применены в процессе отладки. Анализируются их особенности, такие как трудоемкость, требования к квалификации и численности команд верификаторов, стоимость необходимых инструментов, наличие метрик для оценки тестового покрытия. Приводятся названия конкретных промышленных проектов СБИС, в которых эти методологии были использованы: микропроцессоры, высокопроизводительные сетевые коммутаторы, графические процессоры. Называются примененные разработчиками инструменты. Особое внимание уделено отладке проектов на ПЛИС. Разбираются следующие подходы: использование встроенного логического анализатора, внешнее контрольно-измерительное оборудование и их комбинирование. На основе практического опыта показано, что четыре рассмотренные методологии отладки и верификации проектов СБИС имеют разграниченные области применения. Называются типы микросхем, для которых может быть использована конкретная методология. Кратко резюмируются их достоинства и недостатки.
Abstract: VLSI development companies are keeping selected design flows and a testing process is a part of them. It is considered that from 60 % to 80 % of development teams’ efforts are spent on VLSI project verification and debugging. Debugging of register-transfer level (RTL) models is an important phase. There is no universal way to solve this problem.
The article is devoted to the analysis of foreign and domestic publications on industrial VLSI project debugging. There are four main methodologies that are being considered: formal verification, simulation testing, using of hardware accelerators, prototyping based on programmable logic integrated circuits (FPGAs). For each of these methodologies there is information on an error detection method, existing software and hardware debugging tools. The paper analyzes some of their features, such as labor consumption, requirements for qualification and size of verification group, the cost of necessary tools and the availability of metrics to evaluate the test coverage. There are names of some industrial VLSI projects that used these methodologies, such as microprocessors, high-performance network switches, graphics processors. The paper mentions the tools used by the developers.
Special attention is paid to debugging FPGA projects. The following approaches are considered: using the built-in logic analyzer, external control and measuring equipment and their combination.
Finally, based on the practical experience the paper shows that four VLSI project debugging and verifying methodologies have different applications. It mentions the types of VLSI, which use one of these methodologies. Their advantages and disadvantages are briefly summarized.
Ключевые слова: практическое применение, плис-прототипы, аппаратные ускорители, имитационное тестирование, формальная верификацияKeywords: practical application, fpga prototypes, hardware accelerators, simulation testing,
Просмотров: 8146
10. Сравнение производительности отечественных и импортных микропроцессоров [№3 за 2017 год]
Авторы: Байков Н.Д. (nknikita@niisi.ras.ru) - Федеральный научный центр Научно-исследовательский институт системных исследований РАН (ФНЦ НИИСИ РАН) (младший научный сотрудник); Годунов А.Н. (nkag@niisi.ras.ru) - Федеральный научный центр Научно-исследовательский институт системных исследований РАН (ФНЦ НИИСИ РАН) (зав. отделом), кандидат физико-математических наук;
Аннотация: В статье сравнивается производительность трех различных процессоров архитектуры MIPS – RM7000, XLP316 и 1890ВМ8Я и описываются их архитектурные особенности. Для оценки производительности процессоров при помощи языков программирования C и Assembler строится и применяется методика тестирования, включающая в себя три последовательных этапа. На первом этапе тестирования измеряется время выполнения отдельных процессорных инструкций при условии, что эти инструкции и необходимые для их работы данные лежат в кэш-памяти первого уровня. Инструкции делятся на несколько групп, для представителей каждой из которых в статье приводятся результаты. На втором этапе измеряется эффективность работы со структурой кэш-памяти первого и второго уровней. В данной статье приводятся только результаты измерений времени обращения в кэш-память второго уровня и в основную память. На третьем этапе сравниваются полученные измерения с теоретическими оценками, построенными на основе результатов первых двух этапов тестирования. Для этого используются синтетические тесты производительности. Достоинством методики является независимость результатов измерений от используемого компилятора и операционной системы. Все измерения производятся в тактах процессора средствами специальных регистров сопроцессора.
Abstract: This article provides performance comparison for three different MIPS processors (RM7000, XLP316 and 1890VM8YA) and describes their architecture details.
To compare processor performance, the testing technique is developed and implemented using C and Assembler. The technique consists of three consecutive stages.
At the first stage the authors measure processor instructions execution time providing that both instructions and data required are already stored in a primary cache. The instructions are divided into several groups. There are the results for members of each group. Primary and secondary cache efficiency is benchmarked on the second stage. The article provides the results for secondary cache and RAM access time only. The third stage uses synthetic performance tests. The obtained results are compared with theoretical estimations based on the results of the first two stages.
The advantage of the proposed technique is in its independence from compiler and operating system specified. All measurements are carried out in clock cycles using special purpose coprocessor registers.
Ключевые слова: микропроцессор, производительность, mips, тестированиеKeywords: microprocessor, productivity, mips, testing
Просмотров: 12374
| 1 | 2 | 3 | Следующая → ►
