Een simpele grafische Nvidia-processor verslaat supercomputers (afb: Nvidia)

Een groep Russische wetenschappers van de Lomonosov-universiteit in Moskou stelt dat supercomputers niet nodig zijn om ingewikkelde problemen op te lossen. Ze gebruikten een grafische processor van Nvidia en zouden daarmee in staat geweest zijn complexe problemen in de kwantummechanica vele malen sneller op te lossen dan mogelijk zou zijn geweest met de getallenkrakers.
De onderzoekers aan het Skobeltsyn-instituut voor kernfysica hebben geleerd om met een grafische processor moeilijke zaken op te lossen. In dit geval ging het om integraalvergelijkingen die van pas komen bij de kwantummechanica, waar vroeger alleen supercomputers voor werden gebruikt. Volgens onderzoeksleider Vladimir Koekoelin doet de gewone computer het nog eens sneller ook: 15 minuten waar een supercomputer twee  of drie dagen over doet/zou doen.
De integraalvergelijkingen werden in de jaren 60 opgesteld door de Russische wiskundige Ludwig Fadejev. Ze beschrijven de verstrooiing van enkele kwantumdeeltjes, het kwantummechanische analogon van de Newtoniaanse drielichamenprobleem. Als resultaat werd de kwantummechanica ook wel de natuurkunde van de weiniglichamensystemen genoemd.
Dat gebied is van belang voor wetenschappers die zich bezighouden met kwantummechanica, met atoom- en kernfysica en de vertrooiingstheorie. Onderzoekers in dit veld beten hun tanden stuk op het oplossen van die vergelijkingen van Fadejev. De oplossing bleef buiten bereik voor de supercomputers hun intrede deden.

Spelcomputer

De situatie verandert drastisch nu de Moskouse onderzoekers besloten nieuwe Nvidia-processoren voor spelcomputers te gaan gebruiken voor hun berekeningen. Die zijn te koop voor een paar honderd euro.
Het belangrijkste probleem bij het oplossen van de verstrooiingsvergelijkingen van meer kwantumdeeltjes is de berekening van de integraalkern, een gigantische tabel, bestaande uit tien- of zelfs honderdduizenden rijen en kolommen, waarbij elk element het resultaat is van een stevige rekenpartij. Zo’n tabel lijkt eigenlijk op een beeldscherm met miljarden beeldpunten en die bleek met een Nvidia-processor goed op te lossen.
Met programmatuur van Nvidia en eigen toevoegingen, splitsten de onderzoekers de berekeningen op in partjes en losten het vraagstuk op. Koekoelin: “We haalden een rekensnelheid waarvan we nooit zelfs maar gedroomd hadden. Het programma berekent 260 miljoen ingewikkelde dubbele integralen op een gewone bureaucomputer binnen 3 sec. Dat is geen vergelijking met supercomputers. Mijn collega’s van de universiteit van Bochum maakten hun berekeningen met hun befaamde Blue Gene-computer en die is erg duur. Zij zijn twee of drie dagen bezig geweest, wij 15 minuten zonder een cent te besteden.”

Verbazingswekkendst

Het verbazingwekkendst is dat de gewenste kwaliteit van de grafische processoren en heel veel programmatuur er al jaren zijn, maar niemand gebruikte die voor zulke berekeningen. Onderzoekers gebruikten daarvoor supercomputers. Volgens Koekoelin opent deze aanpak nieuwe mogelijkheden om chemische en kernreacties te analyseren. “Die kan ook nuttig zijn voor het oplossen van een groot aantal berekeningen in de plasmafysica, de elektrodynamica, de geofysica, geneeskunde en veel andere vakgebieden.”
De Moskouse onderzoekers zijn van plan een cursus te organiseren om wetenschappers die geen toegang hebben tot supercomputers te leren hoe je dat rekenwerk op een pc doet. Russen waren, bij gebrek aan adequate (computer)apparatuur nog niet zo lang geleden meesters in het ontleden van problemen. Dat vermogen schijnt nog niet helemaal verloren te zijn gegaan (dus).

Bron: EurekAlert