Квантово-химические вычисления на суперкомпьютерах.
advertisement
Научные приложения для суперкомпьютеров А.М.Попов профессор факультета ВМК МГУ Суперкомпьютер IBM Blue Gene/P на ф-те ВМК МГУ • Пиковая производительность 27.8 TFLOPS. Linpack – 23.2 TFLOPS • Реальная производительность зависит от решаемой задачи. Понятие производительности параллельного компьютера отличается от обычного компьютера. Масштабирование. • Отображение задачи на архитектуру компьютера. • Ориентация архитектуры BG/P на задачи квантовой химии, биомедицины, нанотехнологий • Многомасштабные модели, связь с экспериментом. • От квантовых моделей до моделей сплошной среды. Известные пакеты программ квантовой химии. Переход на параллельные платформы. • • • • • • Коды порядка ~ O(N) SIESTA LSMS MOLCAS VASP CPMD Научно-исследовательская лаборатория IBM в Цюрихе • Одна из ведущих в мире по нанотехнологиям. Две нобелевские премии в области нанотехнологий – СТМ, теплая свехпроводимость. • Подписано рамочное соглашение с ВМК о сотрудничестве. Отдельные проекты внутри. • Первый проект – многомасштабные модели, эффективное отображение на архитектуру BG/P, одна из задач нанотехнологий – молекулярные логические переключатели. Квантовые вычисления – код CPMD ( IBM Цюрих) • Молекулярная динамика Кар-Парринелло. Расчет электронной структуры молекул. • Основан на DFT. Сложность ~ O(N). • Линейный рост производительности с числом атомов. Масштабирование производительности. • CPMD инсталлирован на ВМК в рамках сотрудничества. Показал производительность 83% на реальных задачах. Гибридное программирование. Моделирование нового типа молекулярных переключателей • Эксперимент в Цюрихе. Инициированная током реакция водородной таутомеризации молекулы нафталоцианина и переключение проводимости. Регистрация тока туннелирования СТМ. • Новый молекулярный переключатель. Переключение проводимости без изменения формы молекулы в зависимости от положения двух внутренних атомов водорода в центральной области молекулы. • Реакция эквивалентна повороту молекулы на 90 град. и обуславливает изменение измеряемого тока туннелирования. Peter Liljeroth, et al. Science 317, 1203 (2007) LUMO нафталоцианина может иметь две ориентации Смена положения атомов водорода в полости молекулы нафталоцианина не меняет геометрию молекулы. Расчет на Blue Gene/P (МГУ) Три типа задач для суперкомпьютера • Принципиально иметь суперпроизводительность для фундаментальных решений • Компьютерная геномика. Генная инженерия. Реконструкция последовательности генов. 93% произв. BG/P. • Идентификация структуры протеинов • Прямое моделирование мозга. Суперкомпьютер Blue Brain • Дизайн лекарств • Создание новых технологий, от фундаментальных решений к реальным экспериментам Энергетические установки и системы -Плазма, гирокинетические коды, УТС - распределенные энергетические сети на основе возобновляемых источников • Нанотехнологии Новые материалы Квантовая химия, химические реакции, молекулярная сборка Нанолитография, электроника. Методы Монте-Карло Взаимодействие излучения с веществом • Предсказание надежности устройств • Многомасштабные модели. Мост от микро- к макро-моделям Задачи требующие новых подходов реализации супер-производительности Вычисления производятся быстрее, чем на доступных компьютерах. • Прогноз погоды 10-30% пик. произв. Cray XT3 Проблема памяти 60 GB на вариант. 9 часов работы для 33 часов предсказания • Климат, экология, модели сплошной среды. Нет сравнения с экспериментом. • Гидродинамика, турбулентность. • МГД – модели. Нелокальность моделей может быть принципиальной. • Гибридные, многомасштабные модели – основная цель.
