PC faz em 15 minutos o que
supercomputador leva 3 dias
Redação
do Site Inovação Tecnológica - 07/07/2016
O supercomputador usado pela equipe foi substituído por um PC comum com
uma GPU comprada no comércio.[Imagem: Vladimir Kukulin]
Super-PC
Um grupo de físicos da
Universidade Estadual de Moscou, na Rússia, descobriu como usar um computador
pessoal comum, como o que você tem em casa, para resolver algumas das mais
complexas equações da mecânica quântica, que até agora só eram resolvidas em
supercomputadores.
E não se trata de uma mera
substituição: de acordo com Vladimir Pomerantcev e seus colegas, o PC faz o trabalho
muito mais rápido, resolvendo em 15 minutos o que um dos maiores computadores
do mundo, instalado na Universidade de Julich, na Alemanha, tem levado de 2 a 3
dias para calcular.
As equações, formuladas na década
de 60 pelo matemático Ludwig Faddeev, descrevem a dispersão de partículas
quânticas, isto é, representa um análogo na mecânica quântica da teoria
newtoniana dos sistemas de três corpos - usado para calcular a interação entre
Sol, Lua e Terra, por exemplo. Com as equações de Faddeev abriu-se um campo
totalmente novo da mecânica quântica, hoje conhecido como "física de
sistemas de poucos corpos".
No entanto, devido à incrível
complexidade dos cálculos no caso de interações entre partículas realísticas, o
sistema ficou fora do alcance dos físicos por um longo período, até que os
supercomputadores apareceram.
Quem precisa de supercomputador?
Agora, a equipe descobriu que
basta um computador de mesa comum equipado com uma placa gráfica (GPU: Graphics
Processing Unit) que custa por volta de R$1.000 para resolver todas as
simulações quânticas realísticas de poucos corpos em poucos minutos.
Ocorre que a principal
dificuldade para resolver as equações de Faddeev é a integração do espalhamento
das múltiplas partículas quânticas, o que gera uma enorme tabela bidimensional,
com dezenas ou centenas de milhares de linhas e colunas, com cada elemento da
matriz sendo o resultado de cálculos para lá de complexos.
O que Pomerantcev percebeu é que
essa tabela enorme pode ser encarada como uma tela com dezenas de bilhões de
píxeis. Dessa forma, com uma boa GPU, pode-se calculá-la de forma muito rápida
e otimizada.
O que nem a equipe esperava é que
o desempenho fosse tão grande.
O primeiro simulador quântico prático,
apresentado há poucos dias, mostra a viabilidade de simular também a
"física de muitos corpos". [Imagem: IQOQI/Harald Ritsch]
"Chegamos a uma velocidade
que sequer sonhávamos," disse o professor Vladimir Kukulin, coordenador do
trabalho. "O programa calcula 260 milhões de integrais duplas complexas em
um computador desktop em apenas três segundos. Sem comparação com os supercomputadores!"
A simulação completa, que
atualmente usa de dois a três dias do supercomputador, é solucionada em 15
minutos no PC.
Curso para todos
O mais surpreendente é que os
processadores gráficos com a capacidade adequada, bem como uma enorme
quantidade de software disponibilizada para eles pelos próprios fabricantes das
GPUs, como a NVidia, existem há quase dez anos - mas ninguém havia tido a ideia
de usá-los para resolver as simulações quânticas.
"Este trabalho, em nossa
opinião, abre rotas completamente novas para analisar reações químicas
nucleares e de ressonância," disse Kukulin. "Ele também pode ser
muito útil para resolver um grande número de tarefas de computação em física de
plasma, eletrodinâmica, geofísica, medicina e muitas outras áreas da
ciência."
A equipe está agora organizando
um curso para mostrar a outros pesquisadores interessados de todo o mundo como
usar seus PCs para substituir seus supercomputadores nesses cálculos.
Bibliografia:
Fast GPU-based calculations in few-body quantum scattering
V. N. Pomerantsev, V. I. Kukulin, O. A. Rubtsov, S.K. Sakhiev
Computer Physics Communications
Vol.: 204, July 2016, Pages 121-131
DOI: 10.1016/j.cpc.2016.03.018
Fast GPU-based calculations in few-body quantum scattering
V. N. Pomerantsev, V. I. Kukulin, O. A. Rubtsov, S.K. Sakhiev
Computer Physics Communications
Vol.: 204, July 2016, Pages 121-131
DOI: 10.1016/j.cpc.2016.03.018
