Исследование эффективности графического процессора при динамическом моделировании с технологией Nvidia Cuda
Анализ особенностей использования методов молекулярного моделирования, в частности молекулярной динамики, в металлургии, химической промышленности. Изучение программных комплексов, позволяющих проводить моделирование методом молекулярной динамики.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 15.03.2019 |
| Размер файла | 372,3 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ГРАФИЧЕСКОГО ПРОЦЕССОРА ПРИ ДИНАМИЧЕСКОМ МОДЕЛИРОВАНИИ С ТЕХНОЛОГИЕЙ NVIDIACUDA
Филатов А.М., Трунов А.С.
Московский Технический Университет Связи и Информатики
Москва, Россия
RESEARСH OF EFFICIENCY GPU FOR DYNAMIC MODELLING, WITH NVIDIA CUDA TECHNOLOGY
Filatov A.M., Trunov A.S.
Moscow Technical University of Communications and Informatics
Moscow, Russia
Методы молекулярного моделирования, в частности молекулярной динамики (МД) широко используются сегодня во многих сферах производства, таких как металлургия, химическая промышленность и другие. Существенное развитие в области МД-моделирования связано с использованием технологий параллельных вычислений. Сегодня графический процессор GPU (GraphicsProcessingUnit) обладает наиболее оптимальной архитектурой параллельных вычислений с общей памятью для проведения расчетов в области молекулярной динамики. Большая часть времени при моделировании методом молекулярной динамики уделяется расчетам парных взаимодействий частиц. Параллельная реализация таких расчетов может значительно уменьшить время, затрачиваемое на моделирование.
В настоящее время существует множество программных комплексов позволяющих проводить моделирование методом молекулярной динамики[1-3]. К таким комплексам относится и MD-SLAG-MELT[4], который позволяет прогнозировать структуру и свойства многокомпонентных шлаковых расплавов.
В программном комплексе MD-SLAG-MELT применяются вычислительные модели, основанные на параллельной обработке данных, что существенно позволяет сократить время проведения компьютерного моделирования[5-6].
Компьютерные эксперименты проводились с использованием графического процессора GeForceNvidia GTX760 при помощью технологии Nvidia CUDA (Compute Unified Device Architecture), интегрированной в язык программирования C++.
Для сравнения скорости вычислений, расчет так же выпонялся на центрально процессоре CPU Intel(R) Core(TM) i5-4460 3.20 GHz.
Таблица 1. - Экспериментальные данные работы алгоритмов, при малом количестве частиц
|
Количество частиц |
Время выполнения на CPU, с |
Время выполнения с использованием GPU, с |
|
|
340 |
0,0550 |
0,0854 |
|
|
500 |
0,1100 |
0,1423 |
|
|
800 |
0,2010 |
0,2335 |
|
|
1000 |
0,3080 |
0,3354 |
Представленные на рисунке 1 результаты компьютерного эксперимента показывают, что при размерности моделируемой системы до одной тысячи частиц, время расчета увеличивается линейно.
В таблице 1 представлены экспериментальные данные о времени, затраченном на выполнение моделирования системы размером до одной тысячи частиц. Время выполнения расчетов на графическом процессоре затрачивается больше, чем, при расчетах на центральном процессоре. Это связано с накладными расходами на передачу данных из оперативной памяти в память графического процессора. При маленьком размере моделируемой системы время расчета значительно меньше, чем время передачи данных графическому процессору.
моделирование молекулярный динамика программа
Рисунок 2. - Графики времени выполнения программ, в зависимости от количества частиц.
В области большего, на порядок, числа частиц функции времени становятся близкими к квадратичным, что сильно увеличивает время выполнения.
Таблица 2. - Экспериментальные данные работы алгоритмов, при количестве частиц больше тысячи
|
Количество частиц |
Время выполнения на CPU |
Время выполнения с использованием GPU |
|
|
1000 |
0,3080 |
0,3354 |
|
|
4000 |
4,7550 |
3,0885 |
|
|
8000 |
19,1360 |
12,2759 |
|
|
14000 |
58,3890 |
37,2812 |
|
|
20000 |
119,4640 |
81,4711 |
|
|
50000 |
753,9860 |
497,5374 |
Как видно из таблицы 2, при увеличении количества частиц до десяти тысяч и более, количество времени на выполнение начинает превышать несколько минут, что является большим промежутком времени для такого малого количества частиц.
Рисунок 3 - Графики времени выполнения программ, в зависимости от количества частиц
В реальной системе, количество частиц может превышать миллионы. Расчеты с помощью линейных алгоритмов в таком случае может занять месяц, что совершенно неприемлемо.
При больших объемах данных время выполнения на графическом процессоре становится меньше, причем временной разрыв увеличивается с объемом данных.
Список использованной литературы
1. LAMMPS framework for dynamic bonding and an application modeling DNA, C Svaneborg, computer physics communications, 183, 1793-1802 (2012). (DOI: 10.1016/j.cpc.2012.03.005)
2. NAMD Version CVS-2016-09-22 M. Bhandarkar, A. Bhatele Theoretical and Computational Biophysics Group, Beckman Institute, University of Illinois, 2016.
3. GROMACS, Emile Apol, Rossen Apostolov, Herman J.C. Berendsen, The GROMACS development teams at the Royal Institute of Technology and Uppsala University, Sweden, 2016 4. Трунов А.С., Воронова Л.И., Воронов В.И., Разработка параллельного алгоритма для информационно-исследовательской системы “MD-SLAG-MELT” на основе технологии CUDA. Вестник Нижневартовского государственного университета, выпуск №3 / 2015, 8с.
5. Пилипчак П.Е., Трунов А.С. Параллельный расчет системы N-частиц с использованием технологии MPI и CUDA // Современные наукоемкие технологии. - 2014. - № 5-2. - С. 217-218;
6. Воронова Л.И., Трунов А.С. Оптимизация параллельного алгоритма подсистемы распределенного молекулярно-динамического моделирования. - Межотраслевая информационная служба, №3, 2011, 12 с.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Особенности и сущность метода динамического молекулярного моделирования. Параметры потенциала, относительный коэффициент диффузии. Специфика распределения атомов в структуре системы. Координационное число для Li-Oet. Сфера использования этого метода.
презентация [250,4 K], добавлен 24.10.2013Изучение теоретических основ и методов моделирования одежды для разных возрастных групп. Характеристика процесса моделирования одежды методом наколки. Принципы и правила перевода вытачек на ткань. Муляжный метод обработки формы. Наколка готовой выкройки.
курсовая работа [1,2 M], добавлен 06.08.2013Изучение методов моделирования в металлургии, понятие эксперимента и условия его проведения. Основные уравнения современной вычислительной гидрогазодинамики. Проведение моделирования нагрева одной, двух, четырех заготовок в печи высокоточного нагрева.
дипломная работа [11,6 M], добавлен 22.07.2012Рассмотрение основных особенностей моделирования адаптивной системы автоматического управления, характеристика программ моделирования. Знакомство со способами построения адаптивной системы управления. Этапы расчета настроек ПИ-регулятора методом Куна.
дипломная работа [1,3 M], добавлен 24.04.2013Исследование процесса проектирования подсистемы моделирования работы гибкой производственной ячейки и графического представления результатов на экране. Анализ формирования параметров оборудования, путем сопоставления с необходимым коэффициентом загрузки.
курсовая работа [1,3 M], добавлен 09.04.2012Автоматизация химической промышленности. Назначение и разработка рабочего проекта установок гидрокрекинга, регенерации катализатора и гидродеароматизации дизельного топлива. Моделирование системы автоматического регулирования. Выбор средств автоматизации.
курсовая работа [1,9 M], добавлен 16.08.2012Разработка двухконтурной структуры подчиненного регулирования. Расчеты статики. Оптимизация динамики САУ. Исследование переходных процессов в синтезированной системе при управляющих и возмущающих воздействиях с помощью компьютерного моделирования.
курсовая работа [888,8 K], добавлен 10.07.2012Значение химической и нефтехимической промышленности. Структура отрасли. Размещение химической и нефтехимической промышленности. Влияние химической и нефтехимической промышленности на окружающую среду. Современное состояние и тенденции развития.
реферат [413,0 K], добавлен 27.10.2004Проблемы автоматизации химической промышленности. Возможности современных систем автоматизированного управления технологическими процессами предприятий химической промышленности. Главные особенности технологического оснащения химических предприятий.
реферат [13,6 K], добавлен 05.12.2010Характеристика особенностей и тенденций развития химической промышленности Украины - комплексной отрасли, которая определяет, наряду с машиностроением, уровень НТП и обеспечивает все отрасли народного хозяйства химическими технологиями и материалами.
реферат [22,7 K], добавлен 31.05.2010Совокупность методов изготовления порошков металлов и сплавов. Преимущества порошковой металлургии. Изготовление пористых материалов. Получение материалов высокой чистоты. Использование продукции порошковой металлургии в других отраслях промышленности.
презентация [495,7 K], добавлен 07.02.2011Композиционное обоснование графического моделирования форм. Женское платье для младшей возрастной группы, для торжественных случаев, приталенного силуэта, с цельнокроеным покроем рукава. Характеристика художественно-графического оформления коллекции.
курсовая работа [23,4 K], добавлен 24.08.2014Исследование моделирования медицинского аппарата пульсовой аналитической системы. Задача оценки степени объективности метода моделирования применительно к объекту. Использование метода декомпозиции. Рекомендации по применению алгоритма моделирования.
статья [23,6 K], добавлен 06.09.2017Основные понятия и технологические процессы порошковой металлургии. Сущность изготовления деталей и заготовок по этому методу. Экономическая целесообразность применения порошковой металлургии в промышленности, основные направления и перспективы развития.
контрольная работа [1,1 M], добавлен 04.06.2009Высокая эффективность использования кислорода в металлургии, конвертерная выплавка стали. Специфика кислородного дутья в доменных печах и особенности электросталеплавильного производства. Интенсификация процессов обжига сырья в цветной металлургии.
презентация [123,6 K], добавлен 28.12.2010Металлические порошки и порошки сплавов - основное сырьё для производства изделий методом порошковой металлургии. Смешивание, прессование, спекание порошков. Выбор порошков, химического состава и оборудования. Подготовка технологического процесса.
контрольная работа [61,2 K], добавлен 15.01.2011Определение уравнений динамики и передаточных функций элементов системы автоматического управления. Дискретизация последовательного корректирующего звена методом аппроксимации операции интегрирования. Анализ устойчивости автоматической системы управления.
курсовая работа [521,3 K], добавлен 27.02.2014Применение FnsysIcem для проектирования и расчета конструкций, интерфейс программы. Полное построение модели двойного тигля, служащего в химической промышленности для изготовления световолокна. Создание геометрии, блоков, построение сетки, экспорт в CFX.
курсовая работа [3,5 M], добавлен 27.11.2009Понятие модели системы. Принцип системности моделирования. Основные этапы моделирования производственных систем. Аксиомы в теории модели. Особенности моделирования частей систем. Требования умения работать в системе. Процесс и структура системы.
презентация [1,6 M], добавлен 17.05.2017Общая характеристика целлюлозно-бумажной промышленности. Рассморение применения макулатуры в строительстве и в быту. Преимущества и недостатки использования макулатуры в качестве сырья. Изучение основных этапов и методов сбора и переработки бумаги.
курсовая работа [59,3 K], добавлен 26.02.2015
