Найти

Результаты поиска

• ФОТОДЕТЕКТОР С УПРАВЛЯЕМОЙ ПЕРЕДИСЛОКАЦИЕЙ: ДИФФУЗИОННО-ДРЕЙФОВАЯ МОДЕЛЬ И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ В ОПТИЧЕСКИХ МЕЖСОЕДИНЕНИЯХ

  И. В. Писаренко, Е.А. Рындин

  2020-07-20

  Аннотация ▼

  Ранее для реализации оптических межсоединений в интегральных схемах были предло-
  жены инжекционные лазеры с двойными AIIIBV наногетероструктурами, выполняющие функ-
  ции источников и модуляторов излучения. Чтобы преобразовать короткие оптические импуль-
  сы, генерируемые лазерами-модуляторами, в электрические сигналы, необходимы технологиче-
  ски совместимые фотодетекторы с субпикосекундным временем отклика. Поскольку тради-
  ционные конструкции фоточувствительных полупроводниковых приборов не удовлетворяют
  предъявляемым требованиям, разработан перспективный метод построения быстродейст-
  вующих фотодетекторов на основе принципа управляемой передислокации максимумов плот-
  ности носителей заряда в специально организованных квантовых областях. Данные оптоэлек-
  тронные приборы содержат продольный фоточувствительный p-i-n переход и поперечную
  управляющую гетероструктуру, в которую входят слои, выращенные методом молекулярно-
  лучевой эпитаксии при низких температурах, и два управляющих перехода. До наступления
  среза оптического импульса фотодетектор работает аналогично классическому p-i-n фото-
  диоду. Поперечное электрическое поле включается только во время заднего фронта лазерного
  импульса и передислоцирует максимумы плотности электронов и дырок из области поглоще-
  ния в области с низкой подвижностью и коротким временем жизни, в результате чего время
  отклика сокращается до субпикосекундной величины. В предыдущих исследованиях быстродей-
  ствие рассматриваемого фотодетектора оценивалось с помощью квантово-механической
  комбинированной модели, которая не учитывала некоторые важные аспекты протекающих в
  нем физических процессов. В данной статье предложена двумерная нестационарная диффузи-
  онно-дрейфовая модель, позволяющая провести детальный анализ транспорта носителей заря-
  да в структуре фотодетектора с управляемой передислокацией с точки зрения полуклассиче-
  ского подхода. Для реализации представленной модели разработаны методика конечно-
  разностного численного моделирования на основе явного метода и прикладные программные
  средства. Полученные результаты диффузионно-дрейфового моделирования выявили необхо-
  димость использования дифференциального принципа подключения для компенсации токов
  смещения в цепи питания прибора. С учетом данной особенности разработаны фотоприемная
  схема, обеспечивающая как формирование результирующего электрического сигнала, так и
  требуемый режим подачи управляющего напряжения на контакты фотодетектора, и драй-
  вер для лазеров-модуляторов.

• ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ГРАФОВ С АССОЦИАТИВНЫМИ ОПЕРАЦИЯМИ НА ЯЗЫКЕ ПРОГРАММИРОВАНИЯ SET@L

  И.И. Левин , И. В. Писаренко, Д.В. Михайлов , А. И. Дордопуло

  2020-10-11

  Аннотация ▼

  Как правило, информационный граф с ассоциативными операциями реализуется в
  виде последовательной («голова/хвост») или параллельной («разбиение пополам») топ о-
  логии, причем обе структуры содержат одинаковое число операционных вершин. Реду к-
  ционные преобразования графов с представленными топологиями при недостатке в ы-
  числительного ресурса не обеспечивают создание эффективной ресурсонезависимой пр о-
  граммы: вариант «разбиение пополам» характеризуется нерегулярной межитерацион-
  ной коммутацией, а структура «голова/хвост» – увеличенной скважностью данных при
  редукции. В данной статье предлагается преобразовать топологию графа с ассоци а-
  тивными операциями в один из комбинированных вариантов с последовательными и па-
  раллельными фрагментами вычислений, синтезированный в соответствии с заданным
  вычислительным ресурсом. Это позволяет повысить удельную производительность в ы-
  числений при редукции. Модифицированная топология включает изоморфные подграфы с
  топологией «разбиение пополам», содержащие максимальное число аппаратно реализу е-
  мых операционных вершин, а обработка промежуточных данных осуществляется по
  принципу «голова/хвост». Вычислительная структура для рассмотренной топологии
  имеет минимальную латентность и состоит из одного базового подграфа и одной вер-
  шины, в которую редуцируется блок обработки промежуточных данных с топологией
  «голова/хвост». Разработан алгоритм, позволяющий в зависимости от доступного а п-
  паратного ресурса перейти от базового последовательного варианта реализации к раз-
  личным комбинированным топологиям вплоть до предельного случая топологии «разби е-
  ние пополам». Поскольку традиционные методы параллельного программирования могут
  описать множество топологий только в виде набора отдельных подпрограмм, для соз-
  дания ресурсонезависимого описания графов с ассоциативными операциями предлагае т-
  ся использовать язык архитектурно-независимого программирования Set@l. Принципы
  построения топологий «голова/хвост» и «разбиение пополам» описаны в виде признаковметода обработки множеств на языке Set@l, а ресурсонезависимая программа оперирует
  этими типами и типами параллелизма для модификации топологии графа и последующей
  редукции производительности в соответствующих аспектах программы.

• АНАЛИЗ ВОЗМОЖНОСТЕЙ СОВРЕМЕННЫХ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ДЛЯ РАСЧЕТА ТОЧНЫХ ПРИБЛИЖЕНИЙ РАСПРЕДЕЛЕНИЙ ВЕРОЯТНОСТЕЙ ЗНАЧЕНИЙ СТАТИСТИК

  А.К. Мельников , И.И. Левин , А.И. Дордопуло , И.В. Писаренко

  6-19

  2021-10-05

  Аннотация ▼

  В статье рассматривается решение вычислительно-трудоемкой задачи – расчета распределений вероятностей значений статистик – с помощью современных вычисли-тельных технологий. Для сокращения вычислительной сложности при обеспечении достаточного уровня эффективности критериев не ниже заданного порога предложено использование Δ-точных приближений. Для расчета точных приближений используется метод второй кратности, основанный на решении системы линейных уравнений, который позволяет при заданном вычислительном ресурсе рассчитывать точные приближения для максимальных значений параметров выборок. Наиболее трудоемкая часть метода второй кратности состоит в процедуре последовательного получения векторов возможных решений и их проверки на принадлежность к самим решениям. Проверка векторов возможных решений на принадлежность к решениям системы информационно независима, поэтому алгоритм расчета можно распараллелить по данным. Приведена формула определения алгоритмической сложности расчета точных приближений распределений вероятностей значений статистик, на основе которой получены оценки сложности современных практических задач для выборок со следующими значениями (N, n) мощности алфавита и объёма выборки: (256,1280), (128,640), (128, 320) и (192,3200) при точности расчета =10-5. Вычислительная сложность расчета составляет от 9,68·1022 до 1,60·1052 операций, средняя порядка 4,55·1025 операций, число проверяемых векторов – от 6,50·1023 до 1,39·1050, а число решений – от 4,67·1012 до 5,60·1025 соответственно. Общее время решения при круглосуточном режиме вычислений не должно превышать 30 дней или 2,592·106 сек. Для полученных оценок сложности проанализированы возможности современных кластерных вы-числительных систем на основе универсальных процессоров, графических ускорителей и реконфигурируемых вычислительных систем на основе программируемых логических интегральных схем. Для каждой технологии определено число вычислительных узлов, требуемых для расчета точных приближений с указанными параметрами в заданное время. Показано, что ни одна из рассмотренных вычислительных технологий на современном уровне развития техники не позволяет получить решение для необходимых параметров расчета точных приближений распределений вероятностей значений статистик. В заключении сделан вывод о необходимости анализа возможностей перспективных вычислительных технологий на основе квантовых и фотонных компьютеров, а также гибридных вычисли-тельных систем для расчета точных приближений распределений вероятностей значений статистик с заданными параметрами в оперативно-приемлемое время

• АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ СИНГУЛЯРНОСТЕЙ НА РЕШЕНИЕ ПРЯМОЙ ЗАДАЧИ КИНЕМАТИКИ И ГЕОМЕТРИЮ РАБОЧЕГО ПРОСТРАНСТВА ПЛАТФОРМЫ ГОФА-СТЮАРТА

  Д.И. Малышев , Л. А. Рыбак , А.С. Писаренко , В.В. Черкасов

  2022-04-21

  Аннотация ▼

  Одним из обязательных требований при проектировании механизмов параллельной
  структуры является исключение из рабочей области особых положений, в которых меха-
  низм теряет свою управляемость и могут возникать сбои в работе. Анализ рабочей об-
  ласти механизмов параллельной структуры сложнее аналогичного для механизмов после-
  довательной структуры, особенно если механизм имеет более трех степеней свободы.
  В статье рассмотрена задача анализа влияния особых положений на решение прямой за-
  дачи кинематики и геометрию рабочего пространства 3/6 платформы Гофа-Стюарта
  (коммерческое название - «Гексапод»). Разработан численный алгоритм решения прямой
  задачи о положениях платформы. Он основан на непосредственном использовании систе-
  мы уравнений кинематических связей платформы. Аппроксимация множества решений
  системы уравнений выполнена на основе детерминированных методов глобальной оптими-
  зации. Выполнен анализ изменения количества решений прямой задачи кинематики вблизи
  зоны особого положения. Анализ состоит из двух этапов. Первый этап заключается в ре-
  шении обратной задачи кинематики для положения и ориентации платформы, при кото-
  ром возникает особое положение. Второй этап заключается в решении прямой задачи
  кинематики для случая особого положения и случая вблизи особого положения. В резуль-
  тате решения прямой задачи кинематики выявлено различное количество решений прямой
  задачи кинематики для различных случаев. Синтезирован алгоритм, позволяющий опреде-
  лить рабочее пространство, свободное от особых положений, для заданных диапазонов
  изменения углов ориентации платформы, заданных углами Эйлера. Проведён анализ зави-
  симости изменения объёма рабочей области в зависимости от диапазона изменения углов
  ориентации платформы. Алгоритмы реализованы программно на языке программирования
  C++. Моделирование выполнено с использованием параллельных вычислений и реализацией
  экспорта трёхмерных моделей положений платформы и рабочей области в универсальный
  формат трёхмерных моделей STL.