Rola superkomputerów i modelowania numerycznego we współczesnej fzyce. Gabriel Wlazłowski

Transkrypt

1 Rola superkomputerów i modelowania numerycznego we współczesnej fzyce Gabriel Wlazłowski

2 Podział fizyki historyczny Fizyka teoretyczna Fizyka eksperymentalna

3 Podział fizyki historyczny Ogólne równania opisujące zachowanie się obiektów fizycznych (najczęściej równania różniczkowe lub całkowe) Rozwiązania dla pewnych szczególnych przypadków Fizyka teoretyczna Fizyka eksperymentalna

4 Podział fizyki historyczny Ogólne równania opisujące zachowanie się obiektów fizycznych (najczęściej Pomiary wielkości fizycznych Rozwiązania dla pewnych szczególnych przypadków Testy przewidywań teorii / modeli... (Poszukiwanie zależności pomiędzy wynikami pomiarów) równania różniczkowe lub całkowe) Fizyka teoretyczna Fizyka eksperymentalna

5 Podział fizyki dziś Fizyka teoretyczna Ogólne równania opisujące zachowanie się obiektów fizycznych (najczęściej Fizyka eksperymentalna Fizyka obliczeniowa Pomiary wielkości fizycznych równania różniczkowe lub całkowe) (Poszukiwanie zależności pomiędzy wynikami pomiarów) Rozwiązania dla pewnych szczególnych Testy przewidywań teorii / modeli... (idealistycznych) przypadków Rozwiązanie równań teorii dla dowolnego przypadku (biorąc również pod uwagę warunki eksperymentalne) supercomputing Zaawansowana analiza danych (eksperymentalnych) data science

6 Podział fizyki dziś Fizyka teoretyczna Ogólne równania opisujące zachowanie się obiektów fizycznych (najczęściej Fizyka eksperymentalna Fizyka obliczeniowa Pomiary wielkości fizycznych równania różniczkowe lub całkowe) (Poszukiwanie zależności pomiędzy wynikami pomiarów) Rozwiązania dla pewnych szczególnych Testy przewidywań teorii / modeli... (idealistycznych) przypadków Rozwiązanie równań teorii dla dowolnego przypadku (biorąc również pod uwagę warunki eksperymentalne) supercomputing Zaawansowana analiza danych (eksperymentalnych) data science Dzisiejszy Dzisiejszy wykład... wykład...

7 Fizyka obliczeniowa Typowe problemy dla superkomputerów Ogólne teoria względności (równania Einsteina, hydrodynamika relatywistyczna) Simulation of a black hole merger. Credit: NASA/Chandra Równanie (teoria, model) + Metoda numeryczna (algorytm) + (super) komputer Mechanika kwantowa (równanie Schrödingera, chromodynamika kwantowa,.) Fission of heavy uranium. Creadit: Fizyka klasyczna (równania Newtona, równania hydrodynamiki,...) Credit:

8 Fizyka obliczeniowa Typowe problemy dla superkomputerów Ogólne teoria względności (równania Einsteina, hydrodynamika relatywistyczna) Simulation of a black hole merger. Credit: NASA/Chandra Równanie (teoria, model) + Metoda numeryczna (algorytm) + (super) komputer Mechanika kwantowa (równanie Schrödingera, chromodynamika kwantowa,.) Fission of heavy uranium. Creadit: Fizyka klasyczna (równania Newtona, równania hydrodynamiki,...) Credit:

9 Fizyka obliczeniowa Typowe problemy dla superkomputerów Ogólne teoria względności (równania Einsteina, hydrodynamika relatywistyczna) Simulation of a black hole merger. Credit: NASA/Chandra Równanie (teoria, model) + Metoda numeryczna (algorytm) + (super) komputer Mechanika kwantowa (równanie Schrödingera, chromodynamika kwantowa,.) Fission of heavy uranium. Creadit: Fizyka klasyczna (równania Newtona, równania hydrodynamiki,...) Credit:

10

11 12 TFlop/s = 10 TFlop/s = 1012 floating floating point point operations operations per per second second ~0.1 Tflop/s

12 12 TFlop/s = 10 TFlop/s = 1012 floating floating point point operations operations per per second second Credit Obecnie Obecnie główny główny cel cel dla dla branży branży HPC: HPC: zwiększenie zwiększenie wydajności wydajności do do skali skali exa exa przy przy zużyciu zużyciu energii energii na na poziomie poziomie ~10MW ~10MW

13 pre-exascale supercomputer Pamięć 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:

14

15 klaster deweloperski Wydziału Fizyki PW regularne zakupy najnowszych technologii HPC ~50Tflops

16 Fizyka obliczeniowa i fale grawitacyjne Lx=4km Co mierzy LIGO: LIGO detectors at Hanford, WA (H1) and Livingston, LA (L1) Credit: Phys. Rev. Lett. 116, (2016)

17 Fizyka obliczeniowa i fale grawitacyjne LIGO detectors at Hanford, WA (H1) and Livingston, LA (L1) Credit: Phys. Rev. Lett. 116, (2016)

18 Fizyka obliczeniowa i fale grawitacyjne ΔL 4 x m LIGO detectors at Hanford, WA (H1) and Livingston, LA (L1) Credit: Phys. Rev. Lett. 116, (2016)

19

20 Fizyka obliczeniowa i fale grawitacyjne Credit: Phys. Rev. Lett. 116, (2016) (2017)

21 Fizyka obliczeniowa i fale grawitacyjne Credit: Phys. Rev. Lett. 116, (2016)

22

23 Fizyka obliczeniowa i mikroświat Skalowanie: A, Równanie Schrödingera N A parametr kontrolujący dokładność obliczeń (dyskretyzacja przestrzeni), N liczba cząstek

24 Fizyka obliczeniowa i mikroświat Równanie Schrödingera Skalowanie: A, N A parametr kontrolujący dokładność obliczeń (dyskretyzacja przestrzeni), N liczba cząstek Najczęściej cytowana publikacja w fzyce Credit:

25 Tflops Pflops

26 List of quantum chemistry and solid-state physics software

27 Złożoność numeryczna

28 Złożoność numeryczna

29 Złożoność numeryczna

30 Złożoność numeryczna

31 Złożoność numeryczna Numeryczne projektowanie nadprzewodników...

32 Fizyka obliczeniowa w fizyce jądrowej Odkrycie: 1938 (Otto Hahn)

33 Fizyka obliczeniowa w fizyce jądrowej Odkrycie: 1938 (Otto Hahn) Pierwsza mikroskopowa symulacja rozczepienie jądrowego: TITAN

34 Credit: Phys. Rev. Lett. 116, Należy uwzględnić: stan nadprzewodzący dla protonów stan nadciekły dla neutronów (w przeciwnym wypadku układ się nie rozpadnie) 1,000 fm/c s

35 Symulacja Pomiar Bieżąca dokładność symulacji numerycznych: ~2%!

36 Symulacja Pomiar Phys. Rev. Lett. 119, (2017) Bieżąca dokładność symulacji numerycznych: ~2%! Mikroskopowe reakcje jądrowe

37 ow del mo ie an eksperyment teo ria Fizyka