Računalniški umetnik iz sveta igre rešuje problem fizike

Grafična kartica izračuna težavo fizike 60-krat hitreje kot procesor

Vizualizacija dvodimenzionalne rešetke pod kritično temperaturo: Na vsakem mestu rešetke je Ising spin, ki lahko kaže bodisi navzgor (modra) ali dol (rdeča). Obstaja težnja, da prepoznamo, da sosednji vrti Ising želijo kazati v isto smer. © Univerza v Mainzu
prebral

Če lahko vsak računalnik čarovnika prepoznamo v računalniški igri, potem je za njim močna grafična kartica. Ponovno mora preračunati elemente slike in posamezne slikovne pike v delih sekunde. Toda grafična kartica lahko naredi veliko več. Znanstveniki so zdaj znali izračunati znano težavo iz fizike na grafični kartici 60-krat hitreje kot pri običajnem procesorju.

"Razvoj v industriji računalniških iger je prispeval k dejstvu, da so danes na voljo izjemno močne grafične kartice, " pojasnjuje Johannes Josef Schneider, ki se osredotoča na računalniško podprte raziskovalne metode na naravoslovju na Univerzi v Mainzu. GPU, okrajšava pomeni Graphics Processing Unit, je danes lastnik skoraj vsakega računalnika. "Zdaj smo to računalniško moč preusmerili in jo uporabili za raziskovanje standardnega problema statistične fizike, " dodaja fizik Tobias Preis, ki je izračune opravil v okviru svoje doktorske naloge. Rezultate je objavila revija Journal of Computational Physics.

Grafična kartica reši več nalog hkrati

Pred desetletjem je, kot pravi Schneider, čarovnik v pustolovski igri udaril palico po tleh, ko je izrekel prekletstvo. Danes mora njegova brada plapolati v vetru in vsak las je videti. "Zahteve igralniške industrije so spodbudile razvoj grafičnih kartic, ki jih delajo hitreje in hitreje." Zdaj so tako hitri, da so v nekaterih računalniških nalogah boljši od dejansko odgovornih centralnih računalniških komponent, glavnih procesorjev.

Ker centralne procesne enote (CPU) delajo vse po vrsti, lahko grafične kartice hkrati rešijo številne manjše naloge. "Lahko kosimo nogometno igrišče s traktorjem na travi in ​​se z vlakom odpeljemo z vlakom, lahko pa vzamemo 50 majhnih ročnih kosilnic in jih pustimo, da se istočasno začnejo izvajati, " pojasnjuje Price. "Ročne kosilnice in grafične kartice potekajo hitreje."

Izračunana uskladitev elementarnih magnetov

Da bi to dokazal, je kandidat za fiziko na Inštitutu za fiziko Tobias Preis preučil standardni problem statistične fizike: model Ising, imenovan po znanstveniku Ernstu Isingu. Gre za opis feromagnetizma, kot se pojavlja na primer pri barskih magnetih. Pod določenim temperaturnim pragom se elementi magneta iz železa, kobalta ali niklja poravnajo v eno smer, material postane magnetni. Preis je v svoji simulaciji posamezne delce postavil na šahovnico in njihovo orientacijo, tako imenovani Isingov spin, izračunan glede na temperaturo. zaslon

GPU je 60-krat hitrejši

Šahovnica je odlična za GPU aplikacije, saj lahko najprej izračunamo vse črne škatle in nato vse bele škatle vzporedno, «pravi Price. Njegovi rezultati se zelo dobro ujemajo s teoretičnimi izračuni ali drugimi simulacijami za dvodimenzionalni kot tudi za tridimenzionalni primer. Vendar pa je cena vzela le del časa, ki bi ga potreboval glavni procesor.

"V dvodimenzionalnem primeru smo z grafično kartico 60-krat hitrejši, v tridimenzionalnem območju pa še 35-krat hitrejši, " pravi raziskovalka. Čas, kar pomeni ne le hitrost, temveč tudi prihranek energije in zmanjšanje stroškov.

Prijave s finančnih trgov za astrofiziko

Dejstvo, da so danes takšni izračuni mogoči, je posledica zlasti proizvajalcev strojne opreme, ki so prepoznali potencial grafičnih kartic in z razširitvami, zlasti s tehnologijo CUDA (NVIDIA), zaradi česar je uporaba v znanosti le mogoča, Vendar to ni omejeno na fiziko. Na primer, Price sama raziskuje tudi pojave na finančnih trgih: zakaj na borzi večkrat pride do mehurčkov in nenadnih padcev.

Nadaljnje aplikacije na različnih področjih, kot so astrofizika in geologija, optimizacija in politologija, bodo zagotovo sledile. Kazalnik potenciala, ki ga snemanje uporablja pri uporabi grafičnih kartic, kaže tudi na veliko zanimanje za ceno

znanstvena skupnost: Izvorno kodo svojega programa je bilo v najkrajšem času preneseno več kot 1000-krat.

(Univerza v Mainzu, 10.06.2009 - NPO)