Эффективность использования сопроцессоров NVIDIA для моделирования поведения носителей заряда в графене
Автор: Маханьков Алексей Владимирович, Кузнецов Максим Олегович, Панферов Анатолий Дмитриевич
Журнал: Программные системы: теория и приложения @programmnye-sistemy
Рубрика: Программное и аппаратное обеспечение для супер ЭВМ
Статья в выпуске: 1 (48) т.12, 2021 года.
Бесплатный доступ
В развитии суперкомпьютерных технологий важную роль играют специализированные аппаратные решения. В настоящее время большинство вычислительных систем максимальной производительности используют математические сопроцессоры различных типов. По этой причине при разработке прикладных программных решений, рассчитанных на реализацию потенциала современных вычислительных платформ, необходимо обеспечить эффективное использование аппаратных ускорителей. В ходе работы над программной системой для моделирования поведения носителей заряда в графене необходимо было решить задачу поддержки ею таких ускорителей и исследовать эффективность полученного решения. С учётом текущей ситуации и перспективы ближайших лет выбор был сделан в пользу ускорителей NVIDIA и программной технологии CUDA. В силу того, что аппаратная архитектура ускорителей NVIDIA имеет принципиальные отличия от архитектуры CPU, а адаптированные для CUDA математические библиотеки не поддерживают весь спектр алгоритмов, использовавшихся в исходной версии программы, потребовалось найти новые решения и оценить их эффективность. В работе представлены особенности реализации поддержки CUDA и результаты сравнительного тестирования полученного решения на примере задачи с реалистическими характеристиками.
Высокопроизводительные вычисления, гибридные архитектуры, графен, квантовое кинетическое уравнение
Короткий адрес: https://sciup.org/143174571
IDR: 143174571 | DOI: 10.25209/2079-3316-2021-12-1-115-128
Список литературы Эффективность использования сопроцессоров NVIDIA для моделирования поведения носителей заряда в графене
- С. М. Абрамов. «Июнь 2019: анализ развития суперкомпьютерной отрасли в России и в мире», Программные системы: теория и приложения, 10:3(42) (2019), с. 3—40. DOI: 10.25209/2079-3316-2019-10-3-3-40
- S. A. Smolyansky, D. V. Churochkin, V. V. Dmitriev, A. D. Panferov, B. Kampfer. “Residual currents generated from vacuum by an electric field pulse in 2+1 dimensional QED models”, EPJ Web Conf., 138 (2017), 06004, 5 pp. DOI: 10.1051/epjconf/201713806004
- S. A. Smolyansky, A. D. Panferov, D. B. Blaschke, N. T. Gevorgyan. “Nonperturbative kinetic description of electron-hole excitations in graphene in a time dependent electric field of arbitrary polarization”, Particles, 2:2 (2019), pp. 208—230. DOI: 10.3390/particles2020015
- D. B. Blaschke, A. V. Prozorkevich, G. Ropke, C. D. Roberts, S. M. Schmidt, D. S. Shkirmanov, S. A. Smolyansky. Dynamical Schwinger effect and high-intensity lasers. Realising nonperturbative QED, vol. 55, 2009. DOI: 10.1140/epjd/e2009-00156-y
- С. А. Левенец, Т. Т. Верёвин, А. В. Маханьков, А. Д. Панферов, С. О. Пирогов. «Моделирование динамики безмассовых носителей заряда в двумерной системе», Изв. Сарат. ун-та. Нов. сер. Сер. Математика. Механика. Информатика, 20:1 (2020), с. 127—137. DOI: 10.18500/1816-9791-2020-20-1-127-137
- K. E. Niemeyer, C.-J. Sung. “GPU-Based parallel integration of large numbers of independent ODE systems”, ed. V. Kindratenko, Springer, Cham, 2014, ISBN 978-3-319-06548-9, pp. 159—182. DOI: 10.1007/978-3-319-06548-9_8
- C. Fischer. “Massive parallel implimentation of ODE solvers”, Programs and Algorithms of Numerical Mathematics, vol. 16, Institute of Mathematics AS CR, Prague, 2013, pp. 75—80.
- K. Ahnert, D. Demidov, M. Milansky. “Solving ordinary differential equations on GPUs”, ed. V. Kindratenko, Springer, Cham, 2014, ISBN 978-3-319-06548-9, pp. 125—157. DOI: 10.1007/978-3-319-06548-9_7
- E. N. Lorenz. “Deterministic nonperiodic flow”, Journal of the Atmospheric Sciences, 20:2 (1963), pp. 130—141. DOI: 10.1175/1520-0469(1963)0202.0.CO;2
- P. Bowlan, E. Martinez-Moreno, K. Reimann, T. Elsaesser, M. Woerner. “Ultrafast terahertz response of multilayer graphene in the nonperturbative regime”, Phys. Rev. B, 89 (2014), 041408. DOI: 10.1103/PhysRevB.89.041408
