МГУ ускорил ПК до скорости суперкомпьютера в квантовых вычислениях
Физики из НИИЯФ МГУ создали алгоритм, который позволяет использовать мощности видеокарт в персональных компьютерах для квантовых расчетов, что позволяет обычным ПК в десятки раз обгонять мощные суперкомпьютеры, говорится в статье, опубликованной в журнале Computer Physics Communications.
«Мы добились скорости, которая и присниться не может. Программа работает так, что 260 миллионов сложных двойных интегралов на настольном компьютере она считает за три секунды. Мой коллега из Бохумского университета, к сожалению, недавно скончавшийся, проводил схожие расчеты с помощью одного из самых больших суперкомпьютеров Германии. И то, чего его группа добивается за двое-трое суток, мы делаем за 15 минут, не потратив ни копейки», — заявил Владимир Кукулин из НИИЯФ МГУ имени М.В. Ломоносова.
Кукулин и его коллеги по НИИ ядерной физики смогли добиться подобного результата благодаря применению особого алгоритма, позволявшего им преобразовать сложнейших уравнений квантовой механики в простые матрицы, вмещающиеся в память компьютера, а также благодаря использованию технологий GPGPU – использования видеоускорителей в качестве отдельных вычислительных модулей.
Как объясняют ученые, современные компьютерные процессоры способны исполнять параллельно лишь небольшое число операций, чье число обычно ограничено числом ядер, чье количество не превышает 20-30 для самых дорогих ЦПУ. Видеопроцессоры и видеокарты, с другой стороны, содержат в себе тысячи параллельно работающих вычислительных модулей, способных исполнять примитивные вычисления.
Ученые из МГУ разработали алгоритм, который позволяет использовать эти модули для вычисления квантовых уравнений, которые были сформулированы еще в 60-х годах прошлого века российским математиком Людвигом Фаддеевым. Они описывают процесс столкновения квантовых частиц друг с другом и другими объектами, и до настоящего времени их невозможно просчитать без применения суперкомпьютера из-за их сверхвысокой сложности.
Используя свою собственную версию этих уравнений, адаптированную для работы с графическими процессорами, группа Кукулина смогла добиться почти 400-кратного ускорения в скорости вычислений по сравнению с одним ядром обычного процессора, используя видеокарту GeForce GTX670, относительно старый и слабый по современным меркам ускоритель. Уже в таком состоянии, как утверждают физики, обычный персональный компьютер оказывается в десятки раз быстрее суперкомпьютера.
«Эта работа открывает совершенно новые пути в анализе ядерных и резонансных химических реакций. Она также может оказаться очень полезной для решения большого числа вычислительных задач в физике плазмы, электродинамике, геофизике, 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 делаем мы», — заключает Кукулин.
Ознакомиться с работами ученых:
Fast GPU-based calculations in few-body quantum scattering. V.N. Pomerantseva, V.I. Kukulina, O.A. Rubtsovaa, S.K. Sakhievb. http://www.scien