ИСТИНА

Предложена и реализована многомасштабная модель объединяющая квантовую модель молекулярной динамики из первых принципов с моделью сплошной среды для электро-термической системы для моделирования атомных структурных фазовых переходов для задач вычислительных нанотехнологий. Расчитаны характеристики структурного фазового перехода, измеряемые в эксперименте. Проведено сравнение результатов моделирования с экспериментальными измерениями вольт-амперных характеристик. Предложена новая модель квантовой молекулярной при неоднородной по пространству температурой и исследовано влияние эффекта неоднородности на параметры структуры. Эффект образования структуры учитывается в пространственном распределении электропроводности, полученным при молекулярном моделированиие. Главный результат моделирования состоит получении температурного срыва в полупроводнике при локализации ( шнуровании) электропроводности и тока. Найден критерий температурного срыва и показано, что пороговое напряжение соответствует экспериментальным данным. Предложена система редуцированных уравнений квантовой молекулярной динамики на основе молекулярной динамики Эренфеста. Принципиальным является новая форма включения динамики ионов. Эта часть описана временной эволюцией стастистического параметра структуры. Получена временная эволюция электрической плотности тока при фазовом переходе при учете внешнего потенциала. Исследована молекулярная структура проводящей наноточки. Проведен учет неоднородной по пространству температуры. Создана параллельная программа для эффективного самосогласованного многомасштабного моделирования молекулярного переключения.Проведен анализ возможной эффективности квантовомеханических расчетов фазовых переходов для создания новых устройств памяти на фазовых переходах при использовании экзафлопсных систем с гибридной (CPU-GPU) архитектурой. Разработана и реализована параллельная версия программного комплекса проектирования памяти на фазовых переходах. Комплекс реализован на вычислительных системах с общей и распределенной памятью с использованием технологий параллельного программирования MPI, OpenMP и CUDA. Важно, что программный комплекс разработан под систему UNIX, под которой созданы вычислительные программы. Системы прошли тестирование и исследование их эффективности на сперкомпьютере IBM Blut Gene/P и многопроцессорной системе с разделяемой памятью IBM p-Series 690 Regatta, установленных на факультете ВМК МГУ. Использование графических процессоров для многократного решения краевых задач для уравнения Пуассона на основе быстрого преобразования Фурье, реализованного в библиотеке cuFFT. Показано,что выбранный алгоритм учета граничных условий масштабируется в соответствии с асимптотической оценкой сложности. Моделирование поведения ионов под действием среднего поля электронов при фазовом переходе проведено с использованием параллельных алгоритмов реализованных на гибридных вычислительных системах, сочетающих одновременную обработку данных на CPU и на графических процессорах. В каждом из параллельных процессов решение алгебраических уравнений осуществляется на GPU c использованием процедур библиотеки LAPACK, реализованных в составе библиотеки CULA. Эффективность разработанного параллельного метода продемонстрирована на суперкомпьютере МГУ “Ломоносов”.