Gravity Pipe (сокращенно GRAPE ) — это проект, который использует 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 параллельном кластере , являющемся самым внутренним циклом гравитационной модели.
Его сокращенное название GRAPE было выбрано как намеренная отсылка к линейке компьютеров Apple Inc. [1]
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]
GRAPE вычисляет приближенные решения исторически неразрешимой проблемы n -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, любое вычисление, при котором n > 2, исторически было 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]
Архитектура GRAPE-5 на базе LNS выиграла премию Гордона Белла в категории «цена-производительность» по цене около 7 долларов за мегафлопс . Эта категория измеряет эффективность цены конкретной машины 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] — рейтинге производительности суперкомпьютеров на единицу потребляемой мощности, опубликованном Green500.org. [6]