Gravity Pipe (abreviado GRAPE ) es un proyecto que utiliza aceleración de hardware para realizar cálculos gravitacionales . Integrado con computadoras de estilo Beowulf , el sistema GRAPE calcula la fuerza de gravedad que una masa determinada , como una estrella , ejerce sobre otras. [1] El proyecto reside en la Universidad de Tokio .
El componente de aceleración de hardware GRAPE "canaliza" el cálculo de la fuerza a la computadora de propósito general que sirve como nodo en un grupo paralelizado como el bucle más interno del modelo gravitacional.
Su nombre abreviado, GRAPE, fue elegido como referencia intencional a la línea de computadoras Apple Inc. [1]
El cálculo principal en el hardware GRAPE es una suma de las fuerzas entre una estrella en particular y todas las demás estrellas en la simulación.
Varias versiones (GRAPE-1, GRAPE-3 y GRAPE-5) utilizan el sistema numérico logarítmico (LNS) en el proceso para calcular la fuerza aproximada entre dos estrellas y tomar 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 aritméticas logarítmicas es que permiten más tuberías paralelas y más rápidas para un costo de hardware determinado porque todos menos la parte suma del algoritmo GRAPE (1,5 potencia de 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 una gran cantidad de procesadores simples, todos funcionando en forma SIMD . [3]
GRAPE calcula soluciones aproximadas al históricamente intratable problema de los n cuerpos , que es de interés en astrofísica y mecánica celeste. n se refiere al número de cuerpos celestes en un problema determinado. Si bien el problema de los dos cuerpos se resolvió mediante 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 uso práctico. Para n > 2, las soluciones generalmente se calculan numéricamente determinando la interacción entre todas las partículas. Por lo tanto, el cálculo se escala como n 2 .
GRAPE ayuda en los cálculos de interacciones entre partículas donde la interacción escala como r −2 . Esta dependencia está programada, lo que mejora drásticamente los tiempos de cálculo. Estos problemas incluyen la evolución de las galaxias (la fuerza de gravitación escala como r −2 ). Existen problemas similares en química y biología molecular , donde la fuerza considerada sería eléctrica en lugar de gravitacional.
En 1999, el Observatorio de Marsella publicó un estudio sobre la simulación de la formación de protoplanetas y plantesimales con un cuerpo planetario de gran tamaño. [4] Esta simulación utilizó el sistema GRAPE-4. [4]
La arquitectura GRAPE-5 basada en LNS ganó la categoría Precio Rendimiento del Premio Gordon Bell en 1999, a unos 7 dólares por MegaFLOPS . Esta categoría mide la eficiencia de precios de una máquina en particular en términos del precio en dólares por megaFLOPS. La realización particular "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 la supercomputadora por unidad de consumo de energía publicada por Green500.org. [6]