Исследование эффективности использования графических процессоров для решения вычислительных задач нанотехнологий

Вычислительные нанотехнологии неотъемлемо связаны с использованием современных высокопроизводительных систем. С быстрым развитием аппаратного и программного обеспечения графических процессоров (GPU) их использование набирает популярность для задач, требовательных к вычислительной мощности. К числу таких задач относятся исследования в области наноматериалов, изучение и создание которых проводятся с использованием масс-спектрометров. Работа посвящена моделированию поведения ионов в ловушках масс-спектрометров на основе ионного циклотронного резонанса и преобразования Фурье. Решение задачи проводится на основе модели частиц в ячейке, которая применяется для прямого моделирования поведения ионов. Вычисления на графическом процессоре проводятся с использованием библиотек для GPU cuFFT и CULA.
В работе показано, что использование GPU-ориентированных библиотек существенно упрощает разработку параллельных алгоритмов для графических процессоров и позволяет достичь хорошую производительность параллельных приложений. Решение задачи выполнено на суперкомпьютере «Ломоносов», установленном в МГУ имени М.В. Ломоносова. В работе показано, что различные стратегии распределения параллельных процессов по узлам многопроцессорной вычислительной системы могут существенно влиять на производительность всей программы из-за одновременного доступа нескольких процессов к графическим ускорителям.
Полученные в работе результаты могут быть полезными для моделирования больших молекулярных структур, решения задач в области вычислительных нанотехнологий на современных высокопроизводительных параллельных вычислительных системах с использованием графических ускорителей.