Tubería por gravedad

Gravity Pipe (abreviado GRAPE ) es un proyecto que utiliza aceleración de hardware para realizar cálculos gravitacionales . Integrado con computadoras comerciales tipo Beowulf , el sistema GRAPE calcula la fuerza de gravedad que una masa dada , como una estrella , ejerce sobre otras. ^{[ 1 ]} El proyecto reside en la Universidad de Tokio .

El componente de aceleración de hardware GRAPE "envía" el cálculo de la fuerza al ordenador de propósito general que actúa como nodo en un clúster paralelizado , constituyendo el bucle más interno del modelo gravitacional.

El proyecto GRAPE diseñó un componente ASIC con lógica y operaciones matemáticas para generar los cálculos necesarios. Esto significa que las últimas generaciones de supercomputadoras GRAPE, si bien no ofrecen una potencia de procesamiento computacional Turing completa , son potentes para aplicaciones de supercomputación altamente matemáticas. La supercomputadora MD-GRAPE 3 también se utilizó en simulaciones de plegamiento de proteínas .

Su nombre abreviado, GRAPE, fue elegido como una referencia intencional a la línea de computadoras de Apple Inc. ^{[ 1 ]}

El cálculo principal en el hardware de GRAPE es la suma de las fuerzas entre una estrella en particular y todas las demás estrellas de la simulación.

Varias versiones (GRAPE-1, GRAPE-3 y GRAPE-5) utilizan el sistema numérico logarítmico (LNS) en la canalización para calcular la fuerza aproximada entre dos estrellas y toman los antilogaritmos de las componentes x , y y z antes de sumarlas a su total correspondiente. ^{[ 2 ]} GRAPE-2, GRAPE-4 y GRAPE-6 utilizan aritmética de punto flotante para un cálculo más preciso de dichas fuerzas. La ventaja de las versiones con aritmética logarítmica es que permiten más y más rápidas canalizaciones paralelas para un costo de hardware dado porque todo excepto la parte de suma del algoritmo GRAPE (1,5 veces la suma de los cuadrados de los datos de entrada dividida por los datos de entrada) es fácil de realizar con LNS.

GRAPE-DR consta de un gran número de procesadores simples, todos operando en modo SIMD . ^{[ 3 ]}

GRAPE calcula soluciones aproximadas al problema de n cuerpos, históricamente intratable , que es de interés en astrofísica y mecánica celeste. n se refiere al número de cuerpos celestes en un problema dado. Si bien el problema de 2 cuerpos fue resuelto por las leyes de Kepler en el siglo XVII, cualquier cálculo donde n  >  2 ha sido históricamente un desafío casi imposible. Existe una solución analítica para n  =  3 , aunque la serie resultante converge demasiado lentamente para ser de utilidad práctica. Para n  >  2, las soluciones generalmente se calculan numéricamente determinando la interacción entre todas las partículas. Por lo tanto, el cálculo escala como n ² .

GRAPE facilita los cálculos de interacciones entre partículas donde la interacción escala como r ⁻² . Esta dependencia está integrada en el modelo, lo que reduce drásticamente los tiempos de cálculo. Estos problemas incluyen la evolución de las galaxias (la fuerza gravitatoria escala como r ⁻² ). Existen problemas similares en química molecular y biología , donde la fuerza considerada sería eléctrica en lugar de gravitatoria.

En 1999, el Observatorio de Marsella publicó un estudio sobre la simulación de la formación de protoplanetas y plantesimales con un cuerpo planetario grande. ^{[ 4 ]} Esta simulación utilizó el sistema GRAPE-4. ^{[ 4 ]}

La arquitectura GRAPE-5 basada en LNS ganó la categoría de Relación Precio/Rendimiento del Premio Gordon Bell en 1999, con un costo aproximado de $7 por MegaFLOPS . Esta categoría mide la eficiencia de precio de una máquina en particular en términos del precio en dólares por megaFLOPS. La implementación específica "Grape-6" también ganó premios en 2000 y 2001 (ver enlaces externos). Grape-DR ocupó el primer lugar en la lista Little Green500 de junio de 2010, ^{[ 5 ]} una clasificación del rendimiento de las supercomputadoras por unidad de consumo de energía publicada por Green500.org. ^{[ 6 ]}

• El Premio Gordon Bell , que lleva el nombre de Gordon Bell , es administrado por la Association for Computing Machinery .
• Los artículos principales sobre este tema general se centran en las supercomputadoras y la computación de alto rendimiento .
• gravitySimulator es un clúster que contiene 32 GRAPEs.

• El sitio GRAPE en la Universidad de Tokio
• Historial del premio Gordon Bell. Archivado el 26 de septiembre de 2015 en Wayback Machine.
• La lista de los 500 mejores
• La implementación de GRAPE-6
• Breve reseña histórica del GRAPE. Archivado el 8 de mayo de 2009 en Wayback Machine.