Разработка мгу позволила заменить суперкомпьютер ноутбуком
Обновлено: 02.07.2024
Сотрудники факультета вычислительной математики и кибернетики и физического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова совместно с российскими и зарубежными коллегами разработали эффективную вычислительную схему для поиска положения равновесия в моделях образования и распада кластеров частиц. В результате удалось намного сократить время расчетов и требуемые вычислительные мощности. Исследование опубликовано в журнале Computer Physics Communications.
Авторы статьи рассматривали различные системы, в которых происходят агрегация (объединение в кластеры) и фрагментация (раздробление таких кластеров). Такие системы можно встретить в различных масштабах: это и образование полимерных цепочек в растворах, и формирование звезд и планет из межзвездной пыли. Оба процесса агрегации и фрагментации протекают одновременно в результате столкновения частиц.
«Если физическая система состоит из огромного числа таких сталкивающихся частиц, то со временем можно надеяться на возникновение баланса между "слияниями" и "раздроблениями". В результате интересно ответить на вопрос, сколько частиц и каких размеров представлено в сбалансированной системе. Основная сложность с вычислительной точки зрения здесь заключается в необходимости совместного решения огромных систем из сотен тысяч и даже миллионов нелинейных уравнений», — рассказал один из авторов работы, аспирант МГУ, младший научный сотрудник Сколковского института науки и технологий Сергей Матвеев.
Подобные вычисления даже с использованием суперкомпьютера могут занимать месяцы, поэтому математики проанализировали структуру уравнений, чтобы построить алгоритм с меньшей вычислительной сложностью. Сначала авторы статьи нашли способ представления больших матриц коэффициентов агрегации и фрагментации, который позволяет почти без потери информации уменьшать ее объем в миллионы и миллиарды раз. Кроме того, математикам удалось упростить операции суммирования, входящие в уравнения. Для этого потребовалось подобрать наиболее эффективный способ группировки членов суммирования.
Когда алгоритм был построен, время и мощности, необходимые для расчетов, значительно снизились: вычисления, требовавшие месяцы работы суперкомпьютера, оказалось возможно выполнить на ноутбуке за несколько часов. Предложенный способ вычислений математики использовали в работе по изучению поведения частиц в кольцах Сатурна.
Исследование проводилось совместно с учеными из Института вычислительной математики РАН, Сколковского института науки и технологий, Университета Лестера и Университета естественных и гуманитарных наук в Седльце.
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».
Новость. По рекомендации Всемирной организации здравоохранения пожилым людям необходимо оставаться дома, без крайней необходимости не покидать дома. Для абонентов сети ОКей Интернет введена услуга приема платежей от пожилых абонентов на дому. Необходимо позвонить по номеру телефона (3462) 77 94 93 и пригласить сотрудника компании для оплаты услуг.
Тариф от ОК Интернет: Ежедневное списание по тарифу 1. Скорость интернета 100 мбит/сек 2. Подключение бесплатно; 3. Предоставляется IP TV; 4. Тариф не имеет ограничений по объёму скаченного трафика; 5. Действует услуга «Приостановка обслуживания»; 6. Количество одновременно работающих устройств неограниченно. К этому стоит добавить возможность подключения и просмотра каналов кабельного телевидения в цифровом качестве без абонентской платы на то время, пока абонент пользуется Инт
Сеть «ОКей-Интернет» появилась в г.Сургуте в 2009 году. Компанию можно назвать провайдером городского значения, т.е. сфера деятельности на текущий момент ограничивается г.Сургутом.
Сеть «ОКей-Интернет» появилась в г.Сургуте в 2009 году. Компанию можно назвать провайдером городского значения, т.е. сфера деятельности на текущий момент ограничивается г.Сургутом.
Xiaomi «представила» электронную книгу: 6-дюймовый экран Carta 1.2 c подсветкой и 8 ГБ встроенной памяти за $140 Она оснащена аккумулятором емкостью 1500 мА·ч и прошивкой iReader UI 2.0 Слухи о том, что Xiaomi собирается выпустить электронную книгу, ходили с прошлого года, и вот сейчас новинка официально представлена. Что интересно, создана она еще в прошлом году компанией, организованной двумя выходцами из Xiaomi. То есть устройство не является собственно разработкой, а, как и многие решени
Очередное обновление EMUI 9.1 для Huawei Mate 20, Mate 20 Pro, Mate 20 RS Porsche Design и Mate 20 X улучшило камеру Улучшения затронули систему стабилизации изображения и запись видео О том, что смартфоны Huawei Mate 20 Pro и Mate 20 X получили прошивку EMUI 9.1, мы уже писали. Примерно в то же время эта версия интерфейса стала доступна для Mate 20 и Mate 20 RS Porsche Design. Ну а сейчас в Китае начали распространять для этих смартфонов новую версию прошивки – за номером 9.1.0.120. Самое
Android 10 Q лишает пользователей полезной функции Замены Google пока не предлагает Новая операционная система Android 10 Q предлагает довольно много новшеств, о которых компания Google рассказала на конференции для разработчиков Google I/O 2019, но кое-что осталось за кадром. Как сообщил ресурс TechRadar, в новой ОС убрана поддержка технологии Android Beam. Она используется для быстрого и простого обмена файлами между смартфонами. Для передачи веб-страницы, фотографии, видео, контактов и
Фотогалерея дня: самые подробные изображения OnePlus 7 Pro Демонстрируют смартфон со всех сторон Известный сетевой информатор Исхан Агарвал (Ishan Agarwal) опубликовал самые качественные на сегодняшний момент изображения смартфона OnePlus 7 Pro, которые демострируют устройство со всех сторон. Смартфон запечатлен в цветах Almond и Nebula Blue, при этом фронтальная камера на некоторых рендерах находится в рабочем состоянии, а на других спрятана внутри корпуса смартфона. На следующих картинк
OnePlus 7 будет похож на OnePlus 6T Качественные изображения OnePlus 7 подтверждают, что камера будет врезана в экран Проверенный инсайдер Роланд Квандт (Roland Quandt) опубликовал качественные рендеры стандартной версии смартфона OnePlus 7, который должен быть анонсирован на следующей неделе. Высказывались предположения, что OnePlus 7 получит экран без вырезов и отверстий, а его фронтальная камера будет выдвижной, как у OnePlus 7 Pro, однако вчерашние изображения защитного стекла и новые
Вы отметили максимальное количество друзей (64) на этой фотографии.
В данный момент вы не можете отметить человека на фотографии. Пожалуйста, попробуйте позже.
Чтобы отметить человека, наведите на него курсор и нажмите левую кнопку мыши. Чтобы отметиться на фото, наведите на себя курсор и нажмите левую кнопку мыши.
Разработка МГУ позволила заменить суперкомпьютер ноутбуком Специалистам факультета вычислительной математики и кибернетики и физического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова совместно с российскими и зарубежными коллегами удалось разработать эффективную вычислительную схему для поиска положения равновесия в моделях образования и распада кластеров частиц. Задача поиска положения равновесия в моделях систем, где происходит агрегации (объединение в кластеры) и фрагментации (раздробление кластеров), встречаются в различных масштабах — от образования полимерных цепочек в растворах до формирования звезд и планет из межзвездной пыли. Агрегация и фрагментация протекают одновременно в результате столкновения частиц, пока не установится баланс между двумя процессами. Ученых интересует ответ на вопрос: сколько и насколько больших частиц окажется в сбалансированной системе? Поиск ответа требует совместного решения систем из сотен тысяч и даже миллионов нелинейных уравнений, предъявляя очень высокие требования к вычислительной мощности. Даже у суперкомпьютера необходимые вычисления могут занять месяцы.
Сотрудники факультета вычислительной математики и кибернетики и физического факультета МГУ имени М.В.Ломоносова совместно с российскими и зарубежными коллегами разработали эффективную вычислительную схему для поиска положения равновесия в моделях образования и распада кластеров частиц. В результате удалось намного сократить время расчетов и требуемые вычислительные мощности. Исследование опубликовано в журнале Computer Physics Communications.
Авторы статьи рассматривали различные системы, в которых происходят агрегация (объединение в кластеры) и фрагментация (раздробление таких кластеров). Такие системы можно встретить в различных масштабах: это и образование полимерных цепочек в растворах, и формирование звезд и планет из межзвездной пыли. Оба процесса агрегации и фрагментации протекают одновременно в результате столкновения частиц.
«Если физическая система состоит из огромного числа таких сталкивающихся частиц, то со временем можно надеяться на возникновение баланса между “слияниями” и “раздроблениями”. В результате интересно ответить на вопрос, сколько частиц и каких размеров представлено в сбалансированной системе. Основная сложность с вычислительной точки зрения здесь заключается в необходимости совместного решения огромных систем из сотен тысяч и даже миллионов нелинейных уравнений», — рассказал один из авторов работы, аспирант МГУ, младший научный сотрудник Сколковского института науки и технологий Сергей Матвеев.
Подобные вычисления даже с использованием суперкомпьютера могут занимать месяцы, поэтому математики проанализировали структуру уравнений, чтобы построить алгоритм с меньшей вычислительной сложностью. Сначала авторы статьи нашли способ представления больших матриц коэффициентов агрегации и фрагментации, который позволяет почти без потери информации уменьшать ее объем в миллионы и миллиарды раз. Кроме того, математикам удалось упростить операции суммирования, входящие в уравнения. Для этого потребовалось подобрать наиболее эффективный способ группировки членов суммирования.
Когда алгоритм был построен, время и мощности, необходимые для расчетов, значительно снизились: вычисления, требовавшие месяцы работы суперкомпьютера, оказалось возможно выполнить на ноутбуке за несколько часов. Предложенный способ вычислений математики использовали в работе по изучению поведения частиц в кольцах Сатурна.
Исследование проводилось совместно с учеными из Института вычислительной математики РАН, Сколковского института науки и технологий, Университета Лестера и Университета естественных и гуманитарных наук в Седльце.
Читайте также: