Программные продукты и системы

Системы, основанные на использовании GPU (Graphic Processing Units, графических ускорителей), привлекают особое внимание исследователей. Быстрое развитие программного и аппаратного обеспечения, позволяющего использовать графические ускорители для вычислений общего назначения, ставит вопрос об эффективности применения таких систем для моделирования больших молекулярных структур, особенно для разработок в сфере нанотехнологий.

При исследовании поведения заряженных частиц в электрических и магнитных полях широко распространена модель частиц в ячейках. Очень важным приложением такой модели является программное моделирование в области масс-спектроскопии. Так, масс-спектрометры на основе ионного циклотронного резонанса и преобразования Фурье являются лидирующими устройствами в области определения масс для задач протеомики. Для прямого моделирования поведения ионов в таких установках, а также для исследования физических эффектов, влияющих на точность работы этих устройств, cоздан целый ряд программ. В них расчет парного кулоновского взаимодействия частиц осуществляется через вычисление на трехмерной разностной сети коллективного самосогласованного поля, покрывающего объем ловушки экспериментальной установки.

Поиск такого поля проводится на каждом шаге по времени с помощью решения задачи для уравнения Пуассона. Для удовлетворительной точности необходимо порядка миллиона временных шагов, поэтому требование быстрого решения является ключевым. Наиболее часто применяемый здесь метод основан на использовании быстрого преобразования Фурье. С помощью данного подхода были созданы параллельные программы для расчета подобных задач на суперкомпьютерах, в частности на суперкомпьютере IBM Blue Gene/P, установленном на факультете вычислительной математики и кибернетики (ВМК) Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова (МГУ). Однако желательно иметь возможность моделирования таких задач еще и на многоядерных системах с использованием вычислительных ресурсов GPU.

Подробное описание дается в статье «Численный код частиц в ячейке на основе гибридных cpu-gpu вычислительных систем», авторы: Попова Н.Н. , Никишин Н.Г. (Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, Москва).