Ученые из МГУ показали: сложные вычисления на персоналке с эффективностью, не уступающей суперкомпьютеру, возможны

2016-06-30 в 6:59, admin, рубрики: big data, Блог компании Dronk.Ru, мгу, Научно-популярное, суперкомпьютер

Группа физиков из Научно-исследовательского института ядерной физики МГУ продемонстрировала способ, позволяющий на простом персональном компьютере проводить расчеты сложных уравнений квантовой механики, для которых сегодня используются мощные суперкомпьютеры. При этом расчеты, проделанные на персональном компьютере удалось провести быстрее. Статья «Fast GPU-based calculations in few-body quantum scattering», излагающая принцип и полученные результаты работы, была опубликована авторами в одном из последних номеров весьма авторитетного научного издания Computer Physics Communications.

Для решения сложнейших уравнений квантовой механики, решаемых до этого момента с помощью мощных и дорогих суперкомпьютеров ученым из МГУ имени М. В. Ломоносова удалось использовать персональный компьютер с графическим процессором. По словам ведущего автора работы Владимира Кукулина, его группе удалось продемонстрировать, что персональный лабораторный компьютер со специализированным софтом справился с поставленными задачами в разы быстрее: за 15 минут он выполнил работу, на которую суперкомпьютер затрачивает 2-3 дня.

Уравнения, о которых было сказано выше, были сформулированы еще в 60-х годах прошлого столетия российским математиком Людвигом Фаддеевым и описывали процесс рассеяния нескольких квантовых частиц, то есть представляли собой своего рода квантовомеханический аналог ньютоновой теории трех тел. В скором времени эти уравнения легли в основу целой области квантовой механики под названием «физика малочастичных систем».

По мнению ученых, связанных с перспективными исследованиями в квантовой механике, эта область представляет особый интерес, а главной задачей, стоящей перед ними стал поиск путей решения этих уравнений. Вместе с тем, из-за невероятной сложности расчетов приблизиться к конченой цели ученым долгое время не удавалось. Преломить ситуацию и приблизиться к решению поставленной задачи помогло только появление суперкомпьютеров.

Принципиально иной подход к вычислениям был продемонстрирован группой исследователей из НИИЯФ МГУ (Научно-исследовательского института ядерной физики имени Д. В. Скобельцина Московского Государственного Университета М. В. Ломоносова). Предложенный учеными вычислительный алгоритм было предложено запустить на персональном компьютере лаборатории, оснащенном графическим чипом Nvidia для игровых приставок. При этом, как утверждает первый автор статьи, заведующий лабораторией теории атомного ядра, профессор Владимир Кукулин, использованный в вычислениях процессор отнюдь не претендует на премиум сегмент и свободно продается в магазине за $300-500.

Ключевая проблема, с которой приходится столкнутся тем, кто попытается решить уравнения рассеяния нескольких квантовых частиц — составление «ядра» – масштабной двумерной таблицы в составе десятков миллионов строк и столбцов. Вместе с тем, каждая ячейка такого ядра, сама по себе, представляет собой результат сложнейших вычислений. Такая таблица выдерживает образное сравнение с экраном с сотнями триллионов пикселей, но вполне поддается построению при использовании производительного графического процессора. Воспользовавшись софтом, разработанным в Nvidia и программами собственной разработки, ученые сумели разделить вычисления на 65 тысяч потоков, что в комплексе позволило разрешить поставленную задачу.

«Мы добились скорости, которой не ожидали сами, — делится впечатлениями Владимир Кукулин. – Программа работает так, что 260 миллионов сложных интегралов на настольном компьютере рассчитывает за три секунды. И никакого сравнения с суперкомпьютерами! Мой коллега из Тюбингенского университета, лаборатория которого занимается тем же, ведет расчеты с помощью суперкомпьютера BLUEGENE, что на самом деле очень дорогое удовольствие. И то, чего он добивается за двое-трое суток, мы делаем за 15 минут, не затратив при этом ни копейки».

Практическая ценность предложенного способа вычислений в том, что и графические процессоры нужной производительности, и программное обеспечение, позволяющее ставить и эффективно решать задачи подобного масштаба существуют уже давно, но на Западе никто не использовал их для таких расчетов, отдавая предпочтение суперкомпьютерам.

«Эта работа, на наш взгляд, открывает совершенно новые пути в анализе ядерных и резонансных химических реакций, — говорит Владимир Кукулин. — Она также может оказаться очень полезной для решения большого числа вычислительных задач в физике плазмы, геофизике, электродинамике, медицине и множестве других областей науки. Мы хотим организовать что-то наподобие учебных курсов, где исследователи самых разных научных направлений из периферийных университетов, не имеющие доступа к суперкомпьютерам, смогли бы научиться делать на своих «персоналках» то же самое, что проделали мы».

_{Оригинал публикации на странице сайта НИИЯФ МГУ}
_{Публикация в Computer Physics Communications}

На этом всё, с вами был Dronk.Ru. Не забывайте возвращать деньги за покупки в Китае и подписываться на наш блог, будет ещё много интересного.