rola superkomputerów i modelowania numerycznego we...
TRANSCRIPT
Rolasuperkomputerów
i modelowania numerycznego
we współczesnejfzyce
GabrielWlazłowski
„Podział fizyki” – historyczny
FizykaFizykateoretycznateoretyczna
FizykaFizykaeksperymentalnaeksperymentalna
„Podział fizyki” – historyczny
FizykaFizykateoretycznateoretyczna
FizykaFizykaeksperymentalnaeksperymentalna
Ogólne równania opisujące zachowanie się obiektów fizycznych (najczęściej równania różniczkowe lub całkowe)
Rozwiązania dla pewnych szczególnych przypadków
„Podział fizyki” – historyczny
FizykaFizykateoretycznateoretyczna
FizykaFizykaeksperymentalnaeksperymentalna
Ogólne równania opisujące zachowanie się obiektów fizycznych (najczęściej równania różniczkowe lub całkowe)
Rozwiązania dla pewnych szczególnych przypadków
Pomiary wielkości fizycznych (Poszukiwanie zależności pomiędzy wynikami pomiarów)
Testy przewidywań teorii / modeli...
„Podział fizyki” – dziś Fizyka teoretycznaFizyka teoretyczna Fizyka eksperymentalnaFizyka eksperymentalna
Fizyka obliczeniowaFizyka obliczeniowaOgólne równania opisujące zachowanie się obiektów fizycznych (najczęściej równania różniczkowe lub całkowe)
Rozwiązania dla pewnych szczególnych (idealistycznych) przypadków
Pomiary wielkości fizycznych (Poszukiwanie zależności pomiędzy wynikami pomiarów)
Testy przewidywań teorii / modeli...
Rozwiązanie równań teorii dla „dowolnego” przypadku (biorąc również pod uwagę warunki eksperymentalne) → supercomputing
Zaawansowana analiza danych (eksperymentalnych) → data science
„Podział fizyki” – dziś Fizyka teoretycznaFizyka teoretyczna Fizyka eksperymentalnaFizyka eksperymentalna
Fizyka obliczeniowaFizyka obliczeniowaOgólne równania opisujące zachowanie się obiektów fizycznych (najczęściej równania różniczkowe lub całkowe)
Rozwiązania dla pewnych szczególnych (idealistycznych) przypadków
Pomiary wielkości fizycznych (Poszukiwanie zależności pomiędzy wynikami pomiarów)
Testy przewidywań teorii / modeli...
Rozwiązanie równań teorii dla „dowolnego” przypadku (biorąc również pod uwagę warunki eksperymentalne) → supercomputing
Zaawansowana analiza danych (eksperymentalnych) → data science
Dzisiejszy wykład...
Dzisiejszy wykład...
Fizyka obliczeniowa
Ogólne teoria względności (równania Einsteina, hydrodynamika relatywistyczna)
Mechanika kwantowa (równanie Schrödingera, chromodynamika kwantowa, ….)
Fizyka klasyczna (równania Newtona, równania hydrodynamiki,...)
Typowe problemy dla Typowe problemy dla superkomputerówsuperkomputerów
Równanie Równanie (teoria, model)(teoria, model)
++
Metoda numeryczna Metoda numeryczna (algorytm)(algorytm)
++
(super)(super)komputerkomputer
Simulation of a black hole merger. Credit: NASA/Chandra
Fission of heavy uranium. Creadit: https://physics.aps.org/synopsis-for/10.1103/PhysRevLett.116.122504
Credit: https://www.lanl.gov/discover/news-stories-archive/2016/December/simulations-of-shocked-turbulence.php
Fizyka obliczeniowa
Ogólne teoria względności (równania Einsteina, hydrodynamika relatywistyczna)
Mechanika kwantowa (równanie Schrödingera, chromodynamika kwantowa, ….)
Fizyka klasyczna (równania Newtona, równania hydrodynamiki,...)
Typowe problemy dla Typowe problemy dla superkomputerówsuperkomputerów
Równanie Równanie (teoria, model)(teoria, model)
++
Metoda numeryczna Metoda numeryczna (algorytm)(algorytm)
++
(super)(super)komputerkomputer
Simulation of a black hole merger. Credit: NASA/Chandra
Fission of heavy uranium. Creadit: https://physics.aps.org/synopsis-for/10.1103/PhysRevLett.116.122504
Credit: https://www.lanl.gov/discover/news-stories-archive/2016/December/simulations-of-shocked-turbulence.php
Fizyka obliczeniowa
Ogólne teoria względności (równania Einsteina, hydrodynamika relatywistyczna)
Mechanika kwantowa (równanie Schrödingera, chromodynamika kwantowa, ….)
Fizyka klasyczna (równania Newtona, równania hydrodynamiki,...)
Typowe problemy dla Typowe problemy dla superkomputerówsuperkomputerów
Równanie Równanie (teoria, model)(teoria, model)
++
Metoda numeryczna Metoda numeryczna (algorytm)(algorytm)
++
(super)(super)komputerkomputer
Simulation of a black hole merger. Credit: NASA/Chandra
Fission of heavy uranium. Creadit: https://physics.aps.org/synopsis-for/10.1103/PhysRevLett.116.122504
Credit: https://www.lanl.gov/discover/news-stories-archive/2016/December/simulations-of-shocked-turbulence.php
https://www.top500.org/
https://www.top500.org/
TFlop/s = 1012 floating point operations per
second
TFlop/s = 1012 floating point operations per
second
~0.1 Tflop/s
https://www.top500.org/
TFlop/s = 1012 floating point operations per
second
TFlop/s = 1012 floating point operations per
second
Obecnie główny cel dla branży HPC:
zwiększenie wydajności do
skali „exa” przy zużyciu
energii na poziomie ~10MW
Obecnie główny cel dla branży HPC:
zwiększenie wydajności do
skali „exa” przy zużyciu
energii na poziomie ~10MW
Credit https://www.top500.org
https://www.top500.org/
pre-exascale supercomputerPamięć operacyjna > 10PB
Transfer międzywęzłowy: ≈ 23 GB/s.
Przestrzeń dyskowa ≈ 250PB
Prędkość zapisu/odczytu ≈ 2.5TB/s
Processor: IBM POWER9™
GPUs: NVIDIA Volta
Nowoczesny design
Credit: https://www.olcf.ornl.gov/
Dwarf@WUT: klaster deweloperski Wydziału Fizyki PW
→ regularne zakupy najnowszych technologii HPC
→ ~50Tflops
Fizyka obliczeniowa i fale grawitacyjne
LIGO detectors at Hanford, WA (H1) and Livingston, LA (L1)
Credit: Phys. Rev. Lett. 116, 061102 (2016)
Co mierzy LIGO:
Lx=4km
Fizyka obliczeniowa i fale grawitacyjne
LIGO detectors at Hanford, WA (H1) and Livingston, LA (L1)
Credit: Phys. Rev. Lett. 116, 061102 (2016)
Fizyka obliczeniowa i fale grawitacyjne
LIGO detectors at Hanford, WA (H1) and Livingston, LA (L1)
Credit: Phys. Rev. Lett. 116, 061102 (2016)
ΔL ≈ 4 x 10-18 m
Fizyka obliczeniowa i fale grawitacyjne Credit: Phys. Rev. Lett. 116, 061102 (2016)
(2017)
Fizyka obliczeniowa i fale grawitacyjne Credit: Phys. Rev. Lett. 116, 061102 (2016)
Fizyka obliczeniowa i mikroświat
Skalowanie: AN, A – parametr kontrolujący dokładność obliczeń (dyskretyzacja przestrzeni), N – liczba cząstek
Równanie Schrödingera
Fizyka obliczeniowa i mikroświat
Skalowanie: AN, A – parametr kontrolujący dokładność obliczeń (dyskretyzacja przestrzeni), N – liczba cząstek
Równanie Schrödingera
Credit: https://www.nobelprize.org/
Najczęściej cytowana publikacja w fzyce
1990
2012
Tflops Pflops
List of quantum chemistry and solid-state physics software
Zło
żono
ść n
umer
yczn
a
Zło
żono
ść n
umer
yczn
a
Zło
żono
ść n
umer
yczn
a
Zło
żono
ść n
umer
yczn
a
Zło
żono
ść n
umer
yczn
a
Numeryczne projektowanie nadprzewodników...
Fizyka obliczeniowa w fizyce jądrowej
Odkrycie: 1938 (Otto Hahn)
Fizyka obliczeniowa w fizyce jądrowej
Odkrycie: 1938 (Otto Hahn)
Pierwsza mikroskopowa symulacja rozczepienie jądrowego: 2016 @ TITAN
Należy uwzględnić:→ stan nadprzewodzący dla protonów→ stan nadciekły dla neutronów
(w przeciwnym wypadku układ się nie rozpadnie)
Credit: Phys. Rev. Lett. 116, 122504 1,000 fm/c 3×10-21 s
Bieżąca dokładność symulacji numerycznych: ~2%!
Symulacja Pomiar
Bieżąca dokładność symulacji numerycznych: ~2%!
Symulacja Pomiar
Phys. Rev. Lett. 119, 042501 (2017)
Mikroskopowe reakcje jądrowe
Fizyka
teoria
eksperyment
modelow
anie