procyberВестник кибернетикиProceedings in Cybernetics1999-7604Бюджетное учреждение высшего образования Ханты-Мансийского автономного округа – Югры «Сургутский государственный университет»procyber-186Research ArticleТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИEngeneeringОптимизация времени работы алгоритма для многоядерных процессоров в программном комплексе теплового проектирования электронных модулейOptimization of Algorithm Execution Time for Multi-Core Processors in Thermal Designing Software of Electronic ModulesГребенниковаЕ. К.GrebennikovaE. K.ekaterina.grebennikova@inbox.ruКандаловП. И.KandalovP. I.petrki87@gmail.comФедеральный научный центр Научно-исследовательский институт системных исследований Российской академии наукРоссияSystem Research Institute, Russian Academy of SciencesRussian Federation20182503202003 (31)188194Copyright © Гребенникова Е.К., Кандалов П.И., 20202020Гребенникова Е.К., Кандалов П.И.Grebennikova E.K., Kandalov P.I.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.vestcyber.ru/jour/article/view/186

Статья посвящена оптимизации времени работы алгоритма программного комплекса STF-ElectronMod, предназначенного для теплового проектирования и моделирования температурных полей электронных модулей как в детерминированных, так и в условиях неопределенности входных данных. Неопределенность входных данных моделируется интервально стохастической моделью, а оптимизация достигается методом распараллеливания матричных вычислений на стационарных компьютерах с многоядерными процессорами. Приведены обоснование выбора способа оптимизации, результаты тестовых вычислений и их анализ. Приведено сравнение скорости работы библиотеки, написанной на языке программирования C++, и скорости работы функции программного комплекса STF-ElectronMod, написанной на языке Pascal. Показано, что выигрыш во времени исполнения библиотечной функции, написанной на C++ при одном задействованном потоке, составляет не менее 30 % по отношению к времени счета, осуществляемого по изначальному неоптимизированному алгоритму программного комплекса STF-ElectronMod. Данное ускорение связано в первую очередь с возможностью компилятора, поддерживающего язык программирования C++, разворачивать циклы для выполнения задач в конвейере команд, что практически не используется в компиляторе Pascal. Результаты тестов показали, что производительность реализованного алгоритма на 4-ядерном процессоре приблизительно в 6 раз выше. Алгоритм оптимизации реализован в виде отдельной библиотеки и включен в программный комплекс.

The article is devoted to the optimization of the algorithm execution time in the STF-ElectronMod software. The software is intended to design and model the temperature fields of electronic modules in both deterministic conditions and under uncertainty. The uncertainty of the input data is modeled by the stochastic interval model, and optimization is achieved by parallelizing matrix calculations on PC with multi-core processors. Optimization method is provided and results are presented. A comparison between the speed of the library written in C++ and the speed of the function of the STF-ElectronMod software package written in Pascal is made. It is shown that the function performance of C++ library compared to Pascal function is not less than 30 % using the original nonoptimized algorithm of the STF-ElectronMod software package. This performance is primarily due to the ability of the C++ compiler to use loops unrolling, which is practically not used in the Pascal compiler. The test results showed that performance of the new algorithm may be 6 times higher on the quad-core processor. The algorithm has been developed as a library and included in STF-ElectronMod software package.

распараллеливаниеоптимизациямногоядерные процессорыкомпьютерное моделированиеparallelizationoptimizationmulti-core processorscomputer simulationReferencesМадера А. Г. Концепция математического и компьютерного моделирования тепловых процессов в электронных системах // Программные продукты и системы. 2015. № 4 (112). С. 79–86.Мадера А. Г. Концепция математического и компьютерного моделирования тепловых процессов в электронных системах // Программные продукты и системы. 2015. № 4 (112). С. 79–86.Мадера А. Г., Решетников В. Н. Многофункциональный программный комплекс теплового проектирования электронных систем: требования к архитектуре и функциональным возможностям моделирования // Программные продукты и системы. 2017. № 3 (30). С. 367–372.Мадера А. Г., Решетников В. Н. Многофункциональный программный комплекс теплового проектирования электронных систем: требования к архитектуре и функциональным возможностям моделирования // Программные продукты и системы. 2017. № 3 (30). С. 367–372.Мадера А. Г., Кандалов П. И. Матрично-топологический метод математического и компьютерного моделирования температурных полей в электронных модулях: программный комплекс STF-ElectronMod // Программные продукты и системы. 2012. № 4. С. 160–164.Мадера А. Г., Кандалов П. И. Матрично-топологический метод математического и компьютерного моделирования температурных полей в электронных модулях: программный комплекс STF-ElectronMod // Программные продукты и системы. 2012. № 4. С. 160–164.Мадера А. Г., Кандалов П. И. Моделирование трехмерных температурных полей в электронных модулях // Программные продукты и системы. 2010. № 2. С. 29–33.Мадера А. Г., Кандалов П. И. Моделирование трехмерных температурных полей в электронных модулях // Программные продукты и системы. 2010. № 2. С. 29–33.Свидетельство о гос. регистрации программы для ЭВМ № 2015619835. Заявка № 2015613488. Зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ 15.09.2015.Свидетельство о гос. регистрации программы для ЭВМ № 2015619835. Заявка № 2015613488. Зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ 15.09.2015.Уильямс Э. Параллельное программирование на C++ в действии: практика разработки многопоточных программ. М. : ДМК Пресс, 2016. 672 с.Уильямс Э. Параллельное программирование на C++ в действии: практика разработки многопоточных программ. М. : ДМК Пресс, 2016. 672 с.Левин М. П. Параллельное программирование с использованием OpenMP : учеб. пособие / М. : ИНТУИТ ; БИНОМ. Лаборатория знаний, 2008. 188 c.Левин М. П. Параллельное программирование с использованием OpenMP : учеб. пособие / М. : ИНТУИТ ; БИНОМ. Лаборатория знаний, 2008. 188 c.Хьюз К, Хьюз. Т. Параллельное и распределенное программирование с использованием С++. М. : Вильямс, 2004. 672 с.Хьюз К, Хьюз. Т. Параллельное и распределенное программирование с использованием С++. М. : Вильямс, 2004. 672 с.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.