Использование параллельных вычислений на графических процессорах при исследовании пропускной способности канала транспортировки пучка ионов с учетом пространственного заряда

В работе для математического моделирования динамики заряженных частиц пучка с объемным зарядом в ускорителе-синхротроне использовано новое направление вычислительного эксперимента: осуществлять расчеты не на центральном процессоре CPU, а на графическом процессоре GPU видеокарты. Приведена математическая постановка поставленной задачи. Описаны алгоритмы ее решения в методе частицы-в-ячейках, а также программная реализация этих алгоритмов. Рассчитана динамика пучков заряженных частиц с учетом пространственного заряда для медицинского синхротрона на графическом процессоре GPU видеокарты NVIDIA Tesla C1060, который дал ускорение задачи от 60 до 90 раз в зависимости от параметров установки. Данная работа выполнена в рамках проекта ЛФВЭ ОИЯИ (г. Дубна) «Разработка и создание узлов ускорителя для адронной терапии». Проведено компьютерное моделирование линии транспортировки пучка от источника ионов углерода с интенсивностью от 25 до 100 мА до RFQ структуры. Для расчета подобных систем был создан вариант программы CBDA с вычислениями на GPU. Настоящее исследование позволяет сделать вывод, что вычислительную мощность видеокарты можно направить, кроме расчета высокоинтенсивных пучков с большими плотностями, и на расчеты других требующих огромных вычислительных мощностей эффектов, таких как с учетом эффекта гало, эффектов при решении проблемы оптимизации, для которой необходимо многократное решение однотипных задач. Библиогр. 10 назв.