Техника использования графического процессора видеокарты

Математическое
моделирование радиационной
эмиссии электронов на
гибридных суперкомпьютерах
М.Е.Жуковский, Р.В.Усков,
ИПМ им. М.В. Келдыша РАН
Моделирование радиационной
электронной эмиссии
- моделирование переноса фотонов в
многокомпонентных объектах со сложной
внутренней структурой, с учетом различных
процессов упругого и неупругого
взаимодействия гамма излучения с
веществом;
- моделирование генерации потоков
быстрых электронов, появляющихся в
результате взаимодействия ионизирующего
излучения с веществом объекта, с учетом
основной характерной особенности этого
процесса – существенным (до 2 порядков)
различием длин пробегов фотонов и
электронов;
- моделирование переноса электронов в
веществе;
- моделирование регистрации эмитируемых
электронов.
Схема алгоритма регистрации
электронов эмиссии
Вычислительная схема
моделирования
электронной эмиссии
Трассировка объектов
Моделирование взаимодействия
фотонов с веществом
Сохранение изменившихся
характеристик фотона
Трассировка детекторов
Рождение фотоэлектрона
Определение вклада электронных
траекторий в результат
Рождение комптоновского
электрона
Моделирование траектории
рождённых электронов
Схема проведения расчетов
GPU
Определение координат
пересечение траектории
с оболочками
CPU
Формирование интервалов
пересечения траекторий
с объектами
Грубый отсев заведомо
не пересекаемых детекторов
Определение пересечения
траектории фотона с
детекторами и рождение
пары электронов
Моделирование электронных
траекторий
Моделирование
взаимодействия фотона
с веществом
Определение статистического
вклада электронных траекторий
в результат
Повышение эффективности
Расчет 1
Копирование измененных
характеристик частиц
(CPU->GPU)
Расчет 2
Трассировка (GPU)
Расчет 3
Расчет 4
Копирование результатов
трассировки
(GPU->CPU)
Моделирование физики,
изменение характеристик
частиц (CPU)
Моделирование физики,
изменение характеристик
частиц (CPU)
Копирование измененных
характеристик частиц
(CPU->GPU)
Копирование результатов
трассировки
(GPU->CPU)
Моделирование физики,
изменение характеристик
частиц (CPU)
Копирование измененных
характеристик частиц
(CPU->GPU)
Копирование результатов
трассировки
(GPU->CPU)
Моделирование физики,
изменение характеристик
частиц (CPU)
Трассировка (GPU)
Трассировка (GPU)
Копирование результатов
трассировки
(GPU->CPU)
Трассировка (GPU)
Копирование измененных
характеристик частиц
(CPU->GPU)
Пример расчета I
Пример расчета II
Труба – 1 см, Al.
Источник - 75Se
Распределение плотности потока
электронов с внешней облучаемой
стороны трубы
Заключение
Разработаны эффективные статистические алгоритмы
математического моделирования процесса радиационной
электронной эмиссии с использованием гибридной
вычислительной техники.
Алгоритмы построены с учетом особенностей проведения
вычислений на многопроцессорных суперкомпьютерах с
использованием графических ускорителей в качестве
арифметических сопроцессоров.
Анализ вычислительной схемы алгоритма дал возможность
провести разделение частей алгоритма по степени плотности
вычислений, что позволило повысить эффективность метода
решения задачи путем выравнивания загрузки центральных и
графических процессоров.
Спасибо за внимание!