Гравитационная труба

Gravity Pipe (сокращенно GRAPE ) — проект, использующий аппаратное ускорение для выполнения гравитационных вычислений . Интегрированная с обычными компьютерами типа «Беовульф» , система GRAPE рассчитывает силу гравитации, которую данная масса , например звезда , оказывает на другие массы. ^{[ 1 ]} Проект находится в Токийском университете .

Компонент аппаратного ускорения GRAPE «передаёт» вычисления силы на универсальный компьютер, служащий узлом в распараллеленном кластере, являющемся самым внутренним циклом гравитационной модели.

В рамках проекта GRAPE был разработан компонент ASIC с математической логикой и операциями для генерации необходимых вычислений. Это означает, что последние поколения суперкомпьютеров GRAPE, несмотря на то, что они не обеспечивают полную вычислительную мощность Тьюринга, являются мощными для сложных математических супервычислений. Суперкомпьютер MD-GRAPE 3 также использовался для моделирования сворачивания белков .

Его сокращенное название GRAPE было выбрано как намеренная отсылка к Apple Inc. линейке компьютеров ^{[ 1 ]}

Метод

Первичный расчет в аппаратном обеспечении GRAPE представляет собой суммирование сил между конкретной звездой и любой другой звездой в моделировании.

Несколько версий (GRAPE-1, GRAPE-3 и GRAPE-5) используют логарифмическую систему счисления (LNS) в конвейере для расчета приблизительной силы между двумя звездами и берут антилогарифмы компонентов x , y и z перед добавлением их к их соответствующая сумма. ^{[ 2 ]} GRAPE-2, GRAPE-4 и GRAPE-6 используют арифметику с плавающей запятой для более точного расчета таких сил. Преимущество логарифмо-арифметических версий заключается в том, что они позволяют использовать больше и быстрее параллельных каналов при заданной стоимости оборудования, поскольку все, кроме суммовой части алгоритма GRAPE (1,5 степени суммы квадратов входных данных, разделенных на входные данные ) легко выполнить с помощью LNS.

GRAPE-DR состоит из большого количества простых процессоров, работающих по принципу SIMD . ^{[ 3 ]}

Приложение

GRAPE вычисляет приближенные решения исторически неразрешимой n проблемы -тел , которая представляет интерес для астрофизики и небесной механики. n относится к количеству небесных тел в данной задаче. Хотя проблема двух тел была решена с помощью законов Кеплера в 17 веке, любые вычисления, при которых n > 2, исторически были практически невыполнимой задачей. Аналитическое решение существует для n = 3 , хотя полученный ряд сходится слишком медленно, чтобы его можно было использовать на практике. При n > 2 решения обычно рассчитываются численно путем определения взаимодействия между всеми частицами. Таким образом, расчет масштабируется как n ².

GRAPE помогает в расчетах взаимодействий между частицами, где взаимодействие масштабируется как r ⁻². Эта зависимость является жесткой, что значительно сокращает время вычислений. Эти проблемы включают в себя эволюцию галактик (сила гравитации масштабируется как r ⁻²). Подобные проблемы существуют в молекулярной химии и биологии , где рассматриваемая сила будет электрической, а не гравитационной.

В 1999 году Марсельская обсерватория опубликовала исследование по моделированию образования протопланет и растений-плантессималей с крупным планетарным телом. ^{[ 4 ]} В этом моделировании использовалась система GRAPE-4. ^{[ 4 ]}

Призы

Архитектура GRAPE-5 на базе LNS выиграла премию Гордона Белла в категории «цена-производительность» по цене около 7 долларов за мегафлопс . Эта категория измеряет ценовую эффективность конкретной машины в виде цены в долларах за мегафлопс. Конкретная реализация «Виноград-6» также получила награды в 2000 и 2001 годах (см. Внешние ссылки). Grape-DR занял первое место в списке Little Green500 за июнь 2010 года. ^{[ 5 ]} рейтинг производительности суперкомпьютеров на единицу потребляемой мощности, опубликованный Green500.org. ^{[ 6 ]}

См. также

Премия Гордона Белла , названная в честь Гордона Белла , находится в ведении Ассоциации вычислительной техники .
«Суперкомпьютер» и «Высокопроизводительные вычисления» — основные статьи по общей теме.
GravitySimulator — это кластер, содержащий 32 GRAPE.

Ссылки

^ Jump up to: ^а ^б «Авангард: суперкомпьютер GRAPE-6» . ABCNEWS.com . Архивировано из оригинала 13 ноября 2003 г. Проверено 20 февраля 2007 г.
^ Макино, Дзюнъитиро; Тайдзи, Макото (1998). Научное моделирование с помощью компьютеров специального назначения: системы GRAPE . Джон Уайли и сыновья . ISBN 978-0-471-96946-4 .
^ Макино, Дзюнъитиро (весна 2009 г.). «Специализированное оборудование для суперкомпьютеров». Обзор SciDAC (12). ИОП.
^ Jump up to: ^а ^б Атанасула, Э .; Баржа, П. (1 января 1999 г.). «Динамическая эволюция планетезималей, движимая массивной планетой: первые симуляции». Физика и химия Земли, Часть C: Солнечная, земная и планетарная наука . 24 (5): 557–559. Бибкод : 1999PCEC...24..557A . дои : 10.1016/S1464-1917(99)00091-4 . ISSN 1464-1917 .
^ «Список Little Green500 за июнь 2010 г.» . Архивировано из оригинала 24 сентября 2010 г.
^ «Nikkei Electronics: японский суперкомпьютер занял первое место в списке Little Green500» . 2010.

Внешние ссылки

Сайт GRAPE в Токийском университете
История премии Гордона Белла. Архивировано 26 сентября 2015 г. в Wayback Machine.
Список 500 лучших
Реализация GRAPE-6
Краткий исторический обзор GRAPE. Архивировано 8 мая 2009 г. в Wayback Machine.

[ABC-cuttingedge-1] Jump up to: ^а ^б «Авангард: суперкомпьютер GRAPE-6» . ABCNEWS.com . Архивировано из оригинала 13 ноября 2003 г. Проверено 20 февраля 2007 г.

[Makino_1998-2] Макино, Дзюнъитиро; Тайдзи, Макото (1998). Научное моделирование с помощью компьютеров специального назначения: системы GRAPE . Джон Уайли и сыновья . ISBN 978-0-471-96946-4 .

[Makino_2009-3] Макино, Дзюнъитиро (весна 2009 г.). «Специализированное оборудование для суперкомпьютеров». Обзор SciDAC (12). ИОП.

[:7-4] Jump up to: ^а ^б Атанасула, Э .; Баржа, П. (1 января 1999 г.). «Динамическая эволюция планетезималей, движимая массивной планетой: первые симуляции». Физика и химия Земли, Часть C: Солнечная, земная и планетарная наука . 24 (5): 557–559. Бибкод : 1999PCEC...24..557A . дои : 10.1016/S1464-1917(99)00091-4 . ISSN 1464-1917 .

[Little_Green_2010-5] «Список Little Green500 за июнь 2010 г.» . Архивировано из оригинала 24 сентября 2010 г.

[Nikkei_2010-6] «Nikkei Electronics: японский суперкомпьютер занял первое место в списке Little Green500» . 2010.

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]