Projekti / Programi
Vzporedni in porazdeljeni sistemi
01. januar 2020
- 31. december 2027
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 2.07.00 |
Tehnika |
Računalništvo in informatika |
|
| Koda |
Veda |
Področje |
| P170 |
Naravoslovno-matematične vede |
Računalništvo, numerična analiza, sistemi, kontrola |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 1.02 |
Naravoslovne vede |
Računalništvo in informatika |
algoritmi, vzporedno in porazdeljeno računanje, računalniško omrežje, komunikacija, analiza podatkov, numerična analiza, brezmrežna metoda, EKG, računalniški vid, heterogene arhitekture, PDE, podatki v toku, računalniška izvedba, mobilno zdravje, hierarhična obdelava, sprotna analiza.
Podatki za zadnjih 5 let (citati za zadnjih 10 let) na dan
18. april 2024;
A3 za obdobje
2018-2022
| Baza |
Povezani zapisi |
Citati |
Čisti citati |
Povprečje čistih citatov |
| WoS |
415 |
6.269 |
5.513 |
13,28 |
| Scopus |
586 |
8.085 |
6.890 |
11,76 |
Raziskovalci (27)
| št. |
Evidenčna št. |
Ime in priimek |
Razisk. področje |
Vloga |
Obdobje |
Štev. publikacijŠtev. publikacij |
| 1. |
03302 |
dr. Viktor Avbelj |
Sistemi in kibernetika |
Upokojeni raziskovalec |
2020 - 2024 |
203 |
| 2. |
56048 |
Viktor Cvrtila |
Matematika |
Tehnični sodelavec |
2021 - 2022 |
2 |
| 3. |
23400 |
dr. Uroš Čibej |
Računalništvo in informatika |
Raziskovalec |
2020 - 2024 |
72 |
| 4. |
26454 |
dr. Matjaž Depolli |
Računalništvo in informatika |
Raziskovalec |
2020 - 2024 |
99 |
| 5. |
18188 |
dr. Tomaž Dobravec |
Računalništvo in informatika |
Raziskovalec |
2020 - 2024 |
136 |
| 6. |
52909 |
Mitja Jančič |
Računalništvo in informatika |
Tehnični sodelavec |
2020 - 2024 |
22 |
| 7. |
09454 |
dr. Monika Kapus Kolar |
Računalništvo in informatika |
Upokojeni raziskovalec |
2020 - 2024 |
174 |
| 8. |
56457 |
Andrej Kolar-Požun |
Računalništvo in informatika |
Mladi raziskovalec |
2022 - 2024 |
9 |
| 9. |
28366 |
dr. Gregor Kosec |
Računalništvo in informatika |
Vodja |
2020 - 2024 |
161 |
| 10. |
06856 |
dr. Stanislav Kovačič |
Sistemi in kibernetika |
Upokojeni raziskovalec |
2020 - 2024 |
390 |
| 11. |
58275 |
Yannick Kuhar |
Računalništvo in informatika |
Mladi raziskovalec |
2023 - 2024 |
3 |
| 12. |
05389 |
dr. Andrej Lipej |
Procesno strojništvo |
Raziskovalec |
2020 - 2024 |
160 |
| 13. |
58411 |
dr. Maciej Grzegorz Matyka |
Fizika |
Raziskovalec |
2023 - 2024 |
30 |
| 14. |
22475 |
dr. Jurij Mihelič |
Računalništvo in informatika |
Raziskovalec |
2020 - 2024 |
144 |
| 15. |
56456 |
Nika Mlinarič Hribar |
Računalništvo in informatika |
Tehnični sodelavec |
2023 - 2024 |
0 |
| 16. |
55176 |
dr. Sebastijan Mrak |
Računalništvo in informatika |
Raziskovalec |
2021 - 2023 |
26 |
| 17. |
50843 |
Jon Natanael Muhovič |
Računalništvo in informatika |
Raziskovalec |
2022 - 2024 |
23 |
| 18. |
20183 |
dr. Boštjan Murovec |
Sistemi in kibernetika |
Raziskovalec |
2020 - 2024 |
208 |
| 19. |
21310 |
dr. Janez Perš |
Sistemi in kibernetika |
Raziskovalec |
2020 - 2024 |
238 |
| 20. |
32441 |
dr. Aleksandra Rashkovska Koceva |
Računalništvo in informatika |
Raziskovalec |
2020 - 2024 |
82 |
| 21. |
04646 |
dr. Borut Robič |
Računalništvo in informatika |
Raziskovalec |
2020 - 2024 |
292 |
| 22. |
54704 |
Miha Rot |
Računalništvo in informatika |
Mladi raziskovalec |
2020 - 2024 |
15 |
| 23. |
53133 |
dr. Rituraj Singh |
Računalništvo in informatika |
Raziskovalec |
2020 |
5 |
| 24. |
50509 |
dr. Jure Slak |
Računalništvo in informatika |
Raziskovalec |
2020 - 2021 |
56 |
| 25. |
12766 |
dr. Boštjan Slivnik |
Računalništvo in informatika |
Raziskovalec |
2020 - 2024 |
157 |
| 26. |
39080 |
dr. Filip Strniša |
Računalništvo in informatika |
Raziskovalec |
2022 - 2024 |
24 |
| 27. |
06875 |
dr. Roman Trobec |
Računalništvo in informatika |
Upokojeni raziskovalec |
2020 - 2024 |
469 |
Organizacije (3)
Povzetek
Raziskovalne teme programske skupine zajemajo predvsem reševanje računsko intenzivnih problemov in problemov, za katere je računanje porazdeljeno po heterogenih računalniških arhitekturah. V ta namen naše aktivnosti temeljijo na razvoju algoritmov, ki so potrebni na različnih področjih, recimo za numerične simulacije, večkriterijske optimizacije, analize velikih količin podatkov, teorijo grafov in računalniški vid, pri čemer si prizadevamo razviti algoritme, ki so prilagojeni za izvedbo na sodobnih arhitekturah za čim boljše izkoriščanje računalnikov. Razen na temeljne raziskave na področju računalništva se osredotočamo še na raziskave na dveh bolj specifičnih področjih.
Prvo je numerična analiza. V raziskovalnem programu nas še posebej zanima numerična analiza problemov, ki jih opisujejo parcialne diferencialne enačbe (PDE). Predvsem nas zanima razvoj lokalnih postopkov reševanja PDE, ki so že po naravi primerni za vzporedno izvajanje. Eden od izzivov, ki jih obravnavamo, je izvedba stabilnega koordinat-prostega rešitvenega postopka za splošni problem PDE v kompleksnem n-dimenzionalnem prostoru.
Drugi poudarek naših raziskav je analiza masovnih podatkov v toku. Naša programska skupina se osredotoča na sprotno obdelavo takih podatkov, recimo na pridobivanje bioloških podatkov in njihovo analizo v spremljanju vitalnih znakov in na video analizo v računalniškem vidu. Trenutno se osredotočamo na hierarhično porazdeljeno obdelavo, natančneje na računalništvo na robu, pri katerem se na podatkih v toku uporablja več procesorjev z različno zmogljivostjo. Na primer, nizko zmogljivi procesorji obravnavajo neobdelane podatkovne tokove v bližini točk zajema, od njih pa se obogateni podatki v vse manjših količinah prenašajo k višjim ravnem obdelave na bolj oddaljenih, a močnejših procesorjih.
Poslanstvo našega programa je tudi prenos tehnologij. Trenutno sta naši ciljni področji pametna industrija in biomedicina, izbrani zaradi našega dolgoročnega raziskovalnega sodelovanja s sorodnimi ustanovami. Poleg prenosov tehnologij so med rezultati programa tudi razvoj človeških virov in, kar je najpomembnejše, znanstvene publikacije.
Pomen za razvoj znanosti
Pomen računalnikov je nedvomen. Dandanes predstavljajo osnovno opremo na večini tehničnih in raziskovalnih področij ter orodje za izvedbo računsko zahtevnih nalog, kot so izvajanje procesov v industriji, telekomunikacijah in v prometu, uporaba v medicini, farmaciji in drugih panogah ter pri raziskavah na vseh področjih delovanja človeka.
Zahtevnost opravil, ki jih rešujemo z računalniki, zelo hitro narašča, saj potrebujemo vse bolj natančne in zanesljive računske rezultate in napovedi. Pogosto je zelo pomembna tudi hitra časovna odzivnost. Posledično imajo računalniški sistemi vse več gradnikov, računalniški algoritmi postajajo vse bolj napredni in njihovo izvajanje dražje, tako s finančnega kot s časovnega in navsezadnje tudi z ekološkega vidika.
Že v prvem desetletju 21. stoletja z obstoječo tehnologijo in kjub vedno manjšim dimenzijam osnovnih elementov na čipih ni bilo več mogoče bistveno povečevati hitrosti delovanja procesnih enot. Računsko moč je bilo mogoče znatno povečevati le s povečanjem števila procesnih enot, bodisi z več procesorji na enem čipu, z več računskimi jedri, s procesorskimi pospeševalniki ali z medsebojno povezanimi računalniki – računalniškimi skupki. Tu ne smemo spregledati, da se energija, ki je potrebna za delovanje vzporednih sistemov, povečuje s številom gradnikov in zato tako imenovani Moorov zakon o podvojitvi zmogljivosti na dve leti lahko danes še drži le z znatnim povečevanjem potrebne električne energije. Vendar dodajanje procesnih enot ne reši problema samo po sebi.
Vzporedno izvajanje programa je pogosto omejeno s hitrostjo komunikacije med procesnimi enotami in z izkoriščenimi možnostmi za zasnovo vzporednih algoritmov, saj vsak del programske kode, ki ga ni mogoče zapisati vzporedno, postane ozko grlo za vzporedno izvajanje. Po drugi strani postaja pereč okoljski in finančni problem tudi prekomerna poraba energije masivno paralelnih računalnikov. Zato je potrebno najti postopke za učinkovitejšo izrabo sodelujočih računalniških virov s poglobljenim znanjem na področjih računalniških algoritmov in arhitektur, protokolov komuniciranja, dostopa do skupnih virov, odkrivanja napak in ostalih sorodnih tematik, ki so osrednje teme predlaganih raziskav. Na podlagi tovrstnih znanj lahko dosegamo nove preboje na področju računalništva, s čimer bistveno skrajšamo računske čase in zmanjšamo porabo energije.
Predlagani raziskovalni program prispeva nove temeljne teoretske rezultate na področju vzporednega in porazdeljenega procesiranja podatkov. Raziskave bomo usmerili na vzporedne postopke, metode in okolja za njihov razvoj ter na povečanje zmogljivosti in učinkovitosti procesiranja in komunikacije. Nove teoretične izsledke pričakujemo predvsem na področjih razvoja novih vzporednih postopkov in simulacijskih modelov, analize zahtevnosti in obvladovanja procesorskih in komunikacijskih virov. Razvijali bomo nove metode za učinkovitejše programiranje, modeliranje, standardizacijo in uporabo porazdeljenih sistemov. Raziskave protokolov za obravnavo skupnih spremenljivk in sodelovanja pri izvajanju skupnih nalog bodo prispevale k integraciji in standardizaciji ter tako pomembno vplivale na uporabo prihodnjih informacijskih storitev. Teoretična dognanja in postopke bomo zasnovali tako, da bodo našli čim širšo možnost uporabe.
Neposredne praktične rezultate, pomembne tudi v svetovnem merilu, pričakujemo na industrijskih in ekonomskih področjih, ki zahtevajo računsko intenzivne metode za reševanje parcialnih diferencialnih enačb in drugih numeričnih problemov ter problemov kombinatorične optimizacije. Nadaljevali bomo z že preverjenimi računalniškimi simulacijami biomedicinskih sistemov ter s tehnološkimi simulacijami za industrijo. Metode in postopke bomo praktično preskušali na našem eksperimentalnem računalniškem skupku s 144 procesorskimi jedri modularno povezovalno topologijo, na vzporednih računalnikih naših akademskih sodelavcev (Melbourne, Grenoble, Salzburg, Cardiff, Luksemburg, Gent)
Pomen za razvoj Slovenije
Raziskave vzporednih in porazdeljenih sistemov so temeljne za družbeno-ekonomski razvoj tako Slovenije kot tudi EU in drugih naprednih držav, ki postavljajo razvoj informacijsko-komunikacijskih tehnologij (IKT) in visoko zmogljivega račuananja (HPC) na strateški nivo. Razlogov za to je več.
V Sloveniji deluje veliko podjetij, ki se morajo prilagajati na vse bolj zapletene tehnološke zahteve na svetovnem trgu. Danes je najoptimalnejši način razvoja in ovrednotenja novih izdelkov s pomočjo eksperimentalne izdelave. Praviloma je tak pristop drag in dolgotrajen in zato si ga večina naših podjetij ne more privoščiti. Poleg tega so eksperimenti pogosto omejeni z drago merilno opremo. Druga možnost je uporaba ustreznega numeričnega modeliranja. Dobro preizkušene in potrjene simulacije lahko zagotovijo podroben vpogled v delovanje naprav ali samega procesa izdelave. Simulacije v kombinaciji z optimizacijskimi tehnikami lahko močno pomagajo inženirjem izboljšati tehnološke procese izdelave in tudi samih izdelkov. Ključno vlogo za učinkovito izvajanje takih simulacij imajo vzporedni računalniški sistemi.
Primer dobre prakse uporabe vzporednega računalništva v industriji je tehnološka inovacija "Sistem za mobilno spremljanje vitalnih fiziološki parametrov zdravstvenega stanja ter konteksta okolja", ki ponuja odgovore na nekatera pereča vprašanja financiranja javne zdravstvene blagajne v Sloveniji in v EU. Inovacija je sestavljena iz majhnega brezžičnega telesnega senzorja ter programske opreme na njem, programske opreme na osebni mobilni enoti in programske opreme na varovanem računalniškem strežniku ali v računalniškem oblaku. Delovanje celotnega sistema usklajujejo inovativni algoritmi in metodologije. Končni cilj je sočasno sprotno spremljanje zdravstvenega stanja tisočev uporabnikov in učinkovita podpora zdravstvenemu osebju. Razvoj takšnega sistema je možen na podlagi poglobljenih znanj s področja porazdeljenih računalnikov.
Poleg neposrednih industrijskih aplikacij je vzporedno računalništvo pomembno tudi za operativne službe. Februarja 2014 je silovit žledolom povzročil na energetskem prenosnem omrežju za 8.5 milijonov EUR škode. V sodelovanju z Elektro Inštitutom Milan Vidmar in Agencijo RS za okolje smo za slovenskega prenosnega operaterja razvili računski model za napovedovanje nastajanja žleda na daljnovodnih vodnikih (DTRi). Rezultati so bili obetajoči, zato se je naročnik odločil, da sistem DTRi postavi tudi v operativno okolje, kjer pa ključno vlogo igra hiter odziv sistema. Brez naprednih vzporednih algoritmov takega sistema ne bi mogli zgraditi, saj bi bili računski časi predolgi oziroma natančnost izračunov prenizka.
Dodaten vidik uporabnosti predlaganega programa so priložnosti, ki jih Sloveniji prinaša poznavanje in zmožnost upravljanja ter programiranja vzporednih in porazdeljenih računalnikov. Slovenija ima zaradi razvite informacijsko-komunikacijske infrastrukture in svoje strateške lege dobre pogoje, da s kakovostnim raziskovalnim in razvojnim delom dobi pomembnejše mesto na tem področju. Naše dosedanje raziskave potrjujejo ta vidik. Že pred leti smo vzpostavili medinstitucijsko testno računalniško omrežje (Grid) in razvili okolje aplikacij za manjša podjetja. Danes se ta pobuda nadaljuje z računalništvom v oblaku (Cloud) in paradigmo "vse kot servis", jutri bomo zasledovali enako strategijo, morda le z novo terminologijo. Vsak sodoben osebni računalnik, telefon ali tablica vsebuje več vzporednih sodelujočih računalnikov, ki jih je treba znati učinkovito uporabljati. Ker so omejitve in razdalje med ljudmi vse manjše, posebej če njihovo delo sloni na trženju znanja, je predlagana tematika velik izziv za izobraževalni sistem in hkrati tudi velika priložnost za mlade in inovativne kadre.
Predlagani program ponuja neposredne rezultate in priložnosti tudi na področju medicine, ki že sprejema informacijsko tehnologijo za svojo zaveznico. Z raziskovalnimi rezultati, pridobljenimi v sodelovanju z medicinskimi st
