Mnohat ělesové simulace a jejich využití při studiu výpočetní fyziky

1. Srní, 28.-30. dubna, 2005Moderní trendy v přípravě učitelů fyziky II Mnohatělesové simulace a jejich využití při studiu výpočetní fyziky Jakub SchwarzmeierKatedra obecné fyzikyZápadočeská univerzita v Plznipostgraduální student, školitel: Miroslav Randa

2. model – popsán diferenciálními rovnicemi simulace – proces numericky řešící model Modelování a simulace model reálný povoz

3. Mnohatělesové simulace • interakce • krátkého x dalekého dosahu • počáteční podmínky • vyhodnocení interakcí mezi n-tělesyna základě modelu

4. správnost implementace algoritmu numerická integrace: časový krok konstantní časový krok: anomální urychlení přesnost metody stabilita metody zaokrouhlování a diskretizace zachování energie malý počet těles Přesnost a chyby numerických metod

5. Simulace sluneční soustavy:„gravitační prak“

6. Simulace sluneční soustavy:„negravitační pohyb komet”

7. Simulace sluneční soustavy:„PSR 1913+16” klasicky relativisticky

8. kulové hvězdokupy, galaxie počáteční podmínky: distribuční funkce potřeba počítat ohromné množství interakcí urychlení výpočtu za cenu malé ztráty přesnosti metoda stromové dekompozice mřížková metoda Rozsáhlé mnohatělesové systémy

9. simulovaný objem těles Stromový kód • hierarchický multipólový rozvoj • bez prostorového omezení • adaptivní při nehomogenním rozložení částic

10. Distribuovaná paměť MPI (Message Passing Interface) PVM (Parallel Virtual Machine) Sdílená paměť OpenMP Hybridní model Rozložení zátěže Distribuovaný výpočet

11. Distribuované systémy • COW (Cluster of Workstations) • primárně pro uživatele • Windows • počítačové laboratoře • ale!noc, víkend, prázdninynevyužity • BEOWULF • výhradně pro výpočty • Linux • MetaCentrum

12. Uživatelské rozhraní Výpočetní stroj Výpočetní stroj Výpočetní stroj Výpočetní stroj Výpočetní stroj Výpočetní stroj Výpočetní stroj Diagram pro NOW Počáteční podmínky Simulační program Vizualizace internet

13. Diagram s COW Simulační program Vizualizace Analýza Počátečnípodmínky Distribuovaný souborový systém (AFS)

14. Vizualizace Počáteční podmínky Simulace Numerické výsledky Vizualizace

15. Vizualizace Kulová hvězdokupa G1 M. Rich, K. Mighell, J. Neill, W. Freedman (Carnegie Observatories) and NASA Simulace 30000 hvězd J. Schwarzmeier ZČU/KOF

16. Vizualizace Simulace 25 000 hvězd J. Schwarzmeier ZČU/KOF Messier 51 Galaxy Evolution Explorer (2003) NASA/JPL/Caltech

17. využití sw inženýrství programování v malém = programování ve velkém rozdělení vývoje do etap cena hw klesá, cena sw roste  nedostatek sw Linux × Windows : Linux + Windows ? je mi jedno kdo práci udělá Linux zdarma, nemusí mít GUI, nekompatibilita vhodné pro výpočet Windows placené (M$), GUI vhodné pro uživatelské rozhraní, analýzu dat a vizualizaci programovací jazyky? RAD (Rapid Application Development)? využívat s úvahou výpočet: jak funkce v knihovně fungují? Za scénou

18. oddělení na části umožňuje využití vhodných prostředků pro odlišné části celého simulačního cyklu počáteční podmínky: obsahují mnoho znovu-využitelných částí objektově orientované programování (OOP) ať každý použije co umí (.NET CLR) C#, C++, Java, Pascal, Delphi, Fortran, Visual Basic, Ruby, … popis dat: XML výpočet: C/C++, Fortran omezení přenositelnými komunikačními knihovnami vysoká výpočetní výkonnost, minimální vedlejší režie zobrazení: DirectX, OpenGL výhodou OpenGL: přenositelnost Programovací jazyky

19. Děkuji za vaši laskavou pozornost.