Старшие исследователи Владимир Померанцев и Ольга Рубцова, работая под руководством профессора Владимира Кукулина (НИИЯФ МГУ), смогли использовать на обычном настольном ПК с графическим процессором сложные интегральные уравнения квантовой механики, которые ранее решались только с помощью мощных и дорогостоящих суперкомпьютеры. По словам Владимира Кукулина, персональный компьютер выполняет свою работу намного быстрее: за 15 минут он выполняет работу, на которую обычно требуется 2-3 дня времени суперкомпьютера.Рассматриваемые уравнения были сформулированы в 60-х годах российским математиком Людвигом Фаддеевым.
Уравнения описывают рассеяние нескольких квантовых частиц, т.е. представляют собой квантово-механический аналог ньютоновской теории трех систем тел. В результате вскоре после этого появилась целая область квантовой механики, получившая название «физика систем нескольких тел».Эта область представляет большой интерес для ученых, занимающихся квантовой механикой, ядерной и атомной физикой и теорией рассеяния. В течение нескольких десятилетий после новаторской работы Фаддеева одной из их основных целей было научиться решать эти сложные уравнения.
Однако из-за невероятной сложности вычислений в случае полностью реалистичных взаимодействий между частицами системы долгое время исследователи не могли дотянуться до суперкомпьютеров.Ситуация резко изменилась после того, как группа SINP решила использовать один из новых GP Nvidia, предназначенный для использования в игровых консолях на своих персональных компьютерах. По словам одного из авторов Владимира Кукулина, заведующего лабораторией теории ядра, процессор оказался не самым дорогим из тех, что можно купить за 300-500 долларов.
Основной проблемой при решении уравнений рассеяния множества квантовых частиц было вычисление интегрального ядра — огромной двумерной таблицы, состоящей из десятков или сотен тысяч строк и столбцов, где каждый элемент такой огромной матрицы являлся результат чрезвычайно сложных расчетов. Но эта таблица выглядела как экран монитора с десятками миллиардов пикселей, и с хорошим графическим процессором все это было вполне возможно вычислить. Используя программное обеспечение, разработанное в Nvidia и написав свои собственные программы, исследователи разделили свои вычисления на многие тысячи потоков и смогли блестяще решить проблему.«Мы достигли скорости, о которой даже не могли мечтать», — сказал Владимир Кукулин. «Программа вычисляет 260 миллионов сложных двойных интегралов на настольном компьютере всего за три секунды.
Никакого сравнения с суперкомпьютерами! Мой коллега из Бохумского университета в Германии (недавно скончавшийся, скорбно), чья лаборатория делала то же самое, провел вычисления. на одном из крупнейших суперкомпьютеров в Германии со знаменитой архитектурой синего гена, которая на самом деле очень дорога. И то, что его группа добивается в течение двух или трех дней, мы делаем за 15 минут, не тратя ни копейки ».
Самое удивительное, что желаемое качество графических процессоров и огромное количество программного обеспечения к ним существует уже десять лет, но никто не использовал их для подобных вычислений, отдавая предпочтение суперкомпьютерам. Во всяком случае, наши физики изрядно удивили своих западных коллег.
«Эта работа, на наш взгляд, открывает совершенно новые способы анализа ядерных и резонансных химических реакций», — говорит Владимир Кукулин. «Также он может быть очень полезен для решения большого количества вычислительных задач в физике плазмы, 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, они могли бы научиться делать на своих ПК то же, что и мы ".