Старшие научные сотрудники Владимир Померантцев и Ольга Рубцова, работающая под руководством профессором Владимиром Кукулином (SINP MSU), смогли использовать на обычном настольном PC с GPU, чтобы решить сложные интегральные уравнения квантовой механики – ранее решенный только с мощными, дорогими суперкомпьютерами. По словам Владимира Кукулина, персональный компьютер делает работу намного быстрее: через 15 минут это делает работу, требующую обычно 2-3 дней супермашинного времени.Рассматриваемые уравнения были сформулированы в 60-х российским математиком Людвигом Фаддеевым. Уравнения описывают рассеивание нескольких квантовых частиц, т.е., представляют квант механический аналог ньютоновой теории трех систем тела.
Как результат, целая область квантовой механики, названной «физика систем небольшого-количества-тела», появилась вскоре после этого.Эта область излагает большой интерес ученым, занятым квантовой механикой, ядерной и атомной физикой и теорией рассеивания. В течение нескольких десятилетий после новаторской работы Фаддеева одна из их главных целей состояла в том, чтобы учиться решать эти сложные уравнения.
Однако из-за невероятной сложности вычислений в случае полностью реалистических взаимодействий между частицами системы стоял вне досягаемости исследователей в течение долгого времени, пока суперкомпьютеры не появились.Ситуация изменилась существенно после того, как группа SINP решила использовать одного из новых GP Nvidia, разработанных для использования в игровых консолях на их персональном компьютере.
По словам одного из авторов Владимира Кукулина, Главы Лаборатории Ядерной Теории, процессор не был самым дорогим тех, которые Вы можете купить за $300-500.Основной проблемой в решении рассеивающихся уравнений многократных квантовых частиц было вычисление составного ядра – огромный двумерный стол, состоя из десятков или сотен тысяч рядов и колонок, с каждым элементом такой огромной матрицы, являющейся результатом чрезвычайно сложных вычислений. Но этот стол, казалось, был похож на экран монитора с десятками миллиардов пикселей, и с хорошим GPU было довольно возможно вычислить все их.
Используя программное обеспечение, разработанное в Nvidia и написавший их собственные программы, исследователи разделяют свои вычисления на многих тысячах потоков и смогли решить проблему блестяще.«Мы достигли скорости, о которой мы не могли даже мечтать», сказал Владимир Кукулин. «Программа вычисляет 260 миллионов сложных двойных интегралов на настольном компьютере в течение трех секунд только. Никакое сравнение с суперкомпьютерами! Мой коллега из Университета Бохума в Германии (недавно покойный, мрачно), чья лаборатория сделала то же самое, выполнил вычисления одним из самых больших суперкомпьютеров в Германии с известной синей генной архитектурой, которая является на самом деле очень дорогой.
И что его группа ищет в течение двух или трех дней, мы делаем за 15 минут, не тратя десять центов».Самая удивительная вещь состоит в том, что желаемое качество графических процессоров и огромная сумма программного обеспечения им уже существуют в течение десяти лет, но никто не использовал их для таких вычислений, предпочитая суперкомпьютеры. Так или иначе наши физики удивили своих Западных коллег в значительной степени.
«Эта работа, по нашему мнению, открывает абсолютно новые способы проанализировать ядерный и химические реакции резонанса», говорит Владимир Кукулин. «Это может также быть очень полезно для решения большого количества вычислительных задач в плазменной физике, электродинамике, геофизике, медицине и многих других областях науки. Мы хотим организовать своего рода учебный курс, где исследователи из различных научных областей периферийных университетов, у которых нет доступа к суперкомпьютерам, могли учиться делать на их PC то же самое, которое мы делаем».