Taquión (software)

Tachyon es un software de trazado de rayos paralelo/multiprocesador . Es una biblioteca de trazado de rayos paralelo para su uso en computadoras paralelas de memoria distribuida, computadoras de memoria compartida y clústeres de estaciones de trabajo. Tachyon implementa características de renderizado como iluminación de oclusión ambiental, desenfoque focal de profundidad de campo, sombras, reflejos y otras. Fue desarrollado originalmente para el Intel iPSC/860 por John Stone para su tesis de maestría en la Universidad de Missouri-Rolla. ^{[ 1 ]} Posteriormente, Tachyon se convirtió en un motor de trazado de rayos más funcional y completo, y ahora está incorporado en varios otros paquetes de software de código abierto como VMD y SageMath . Tachyon se distribuye bajo una licencia permisiva (incluida en el archivo tarball).

Tachyon se desarrolló originalmente para el Intel iPSC/860 , un ordenador paralelo de memoria distribuida basado en una topología de interconexión de hipercubo, a su vez basado en el Intel i860, una CPU RISC temprana con arquitectura VLIW. Tachyon se escribió inicialmente utilizando la interfaz de paso de mensajes NX, propiedad de Intel, para la serie iPSC, pero poco después, en 1995, se adaptó a las primeras versiones de MPI. Tachyon se adaptó para ejecutarse en la plataforma Intel Paragon utilizando el Paragon XP/S 150 MP en el Laboratorio Nacional de Oak Ridge. El ORNL XP/S 150 MP fue la primera plataforma compatible con Tachyon que combinaba el paso de mensajes de memoria distribuida a gran escala entre nodos y el procesamiento multihilo de memoria compartida dentro de los nodos. Posteriormente, se adaptó Tachyon a diversas plataformas de estaciones de trabajo convencionales basadas en Unix y a los primeros clústeres, incluyendo su adaptación al IBM SP2. Tachyon se incorporó al código CFD PARAFLOW para permitir la visualización volumétrica in situ de flujos de combustor supersónicos realizados en el Paragon XP/S en el Centro de Investigación Langley de la NASA, proporcionando una mejora significativa del rendimiento con respecto a los enfoques de visualización de posprocesamiento convencionales que se habían utilizado anteriormente. ^{[ 2 ]} A partir de 1999, se incorporó la compatibilidad con Tachyon al programa de gráficos moleculares VMD , y esto dio inicio a un período continuo de codesarrollo de Tachyon y VMD en el que se añadieron muchas características nuevas de Tachyon específicamente para gráficos moleculares. Tachyon se utilizó para renderizar la categoría ganadora de ilustración de imágenes para el Desafío de Visualización NSF 2004. ^{[ 3 ]} En 2007, Tachyon añadió compatibilidad con iluminación de oclusión ambiental, que fue una de las características que lo hizo cada vez más popular para la visualización molecular en conjunto con VMD. VMD y Tachyon se adaptaron gradualmente para admitir tareas rutinarias de visualización y análisis en clústeres, y posteriormente para grandes supercomputadoras de petaescala. Tachyon se utilizó para producir figuras, películas y la imagen de portada de Nature de la estructura atómica de la cápside del VIH-1 resuelta por Zhao et al. en 2013, en la supercomputadora petaescala Blue Waters en NCSA, U. Illinois. ^{[ 4 ] [ 5 ]} Se utilizaron versiones de CPU y GPU de Tachyon para renderizar imágenes del virión del SARS-CoV-2, la proteína de la espícula y el virión aerosolizado en tres proyectos de investigación separados de ACM Gordon Bell COVID-19, incluido el proyecto ganador en Supercomputing 2020, ^{[ 6 ]} y dos proyectos finalistas en Supercomputing 2021.

Debido en parte a su portabilidad a una amplia gama de plataformas, Tachyon se ha utilizado como caso de prueba para diversos artículos de investigación sobre computación paralela y compiladores.

En 1999, John Stone ayudó a Bill Magro a adaptar Tachyon para que fuera compatible con las primeras versiones del estándar de computación paralela basado en directivas OpenMP, utilizando el compilador KCC de Kuck and Associates. Se mostró una demostración de Tachyon realizando trazado de rayos interactivo en estaciones de trabajo DEC Alpha utilizando KCC y OpenMP.

En 2000, Intel adquirió Kuck and Associates Inc., ^{[ 7 ]} y Tachyon continuó utilizándose como demostración de OpenMP. Posteriormente, Intel utilizó Tachyon para desarrollar diversos ejemplos de programación para su sistema de programación paralela Threading Building Blocks (TBB), donde una versión antigua del programa se sigue incorporando como ejemplo hasta la actualidad. ^{[ 8 ] [ 9 ]}

En 2006, Tachyon fue seleccionado por el SPEC HPG para su inclusión en el conjunto de pruebas de rendimiento SPEC MPI 2007. ^{[ 10 ] [ 11 ]}

Más allá del uso típico de Tachyon como herramienta para renderizar imágenes de alta calidad, probablemente debido a su portabilidad e inclusión en SPEC MPI 2007, también se ha utilizado como caso de prueba y punto de comparación para una variedad de proyectos de investigación relacionados con renderizado y visualización paralelos, ^{[ 12 ] [ 13 ] [ 14 ] [ 15 ] [ 16 ] [ 17 ] [ 18 ] [ 19 ] [ 20 ]} computación en la nube, ^{[ 21 ] [ 22 ] [ 23 ] [ 24 ] [ 25 ]} y computación paralela, ^{[ 26 ] [ 27 ] [ 28 ]} compiladores, ^{[ 29 ] [ 30 ] [ 31 ] [ 32 ]} sistemas de tiempo de ejecución, ^{[ 33 ] [ 34 ]} y arquitectura de computadoras, ^{[ 35 ] [ 36 ] [ 37 ]} herramientas de análisis de rendimiento, ^{[ 38 ] [ 39 ] [ 40 ]} y eficiencia energética de los sistemas HPC. ^{[ 41 ] [ 42 ] [ 43 ]}

• Dinámica molecular visual

• Sitio web del sistema de trazado de rayos paralelo/multiprocesador Tachyon
• Trazador de rayos taquiónicos (integrado en VMD)
• Tesis de maestría de John Stone que describe las primeras versiones del taquión.