Gravity Pipe (abreviado como GRAPE ) es un proyecto que utiliza aceleración de hardware para realizar cálculos gravitacionales . Integrado con computadoras de consumo de estilo 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 fuerza a la computadora de propósito general que actúa como un nodo en un clúster paralelizado como el bucle más interno del modelo gravitacional.
El proyecto GRAPE diseñó un componente ASIC con lógica matemática y operaciones para generar los cálculos necesarios. Esto significa que las últimas generaciones de supercomputadoras GRAPE, a pesar de no ofrecer una potencia de procesamiento computacional completa de Turing , son potentes para usos de supercomputación altamente matemáticos. 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 Apple Inc. [1]
El cálculo principal en el hardware GRAPE es una suma de las fuerzas entre una estrella particular y todas las demás estrellas en la simulación.
Varias versiones (GRAPE-1, GRAPE-3 y GRAPE-5) utilizan el sistema de numeración logarítmica (LNS) en la tubería para calcular la fuerza aproximada entre dos estrellas y tomar los antilogaritmos de los componentes x , y y z antes de sumarlos a su total correspondiente. [2] GRAPE-2, GRAPE-4 y GRAPE-6 utilizan aritmética de punto flotante para un cálculo más preciso de tales fuerzas. La ventaja de las versiones logarítmicas-aritméticas es que permiten tuberías paralelas más numerosas y más rápidas para un costo de hardware dado porque todo excepto la parte de la suma del algoritmo GRAPE (1.5 potencia de la suma de los cuadrados de los datos de entrada divididos por los datos de entrada) es fácil de realizar con LNS.
GRAPE-DR consta de una gran cantidad de procesadores simples, todos ellos funcionando en modo 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 dado. Si bien el problema de los 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 uso práctico. 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 ayuda a calcular interacciones entre partículas en las que la interacción se escala como r −2 . Esta dependencia está incorporada, lo que mejora drásticamente los tiempos de cálculo. Estos problemas incluyen la evolución de las galaxias (la fuerza de gravitación se escala como r −2 ). Existen problemas similares en la química molecular y la biología , 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 a partir de un gran cuerpo planetario. [4] Esta simulación utilizó el sistema GRAPE-4. [4]
La arquitectura GRAPE-5 basada en LNS ganó la categoría de Rendimiento de Precio del Premio Gordon Bell en 1999, con un precio de aproximadamente 7 dólares por megaflops . Esta categoría mide la eficiencia de precio de una máquina en particular en términos de precio en dólares por megaflops. La implementación particular "Grape-6" también ganó premios en 2000 y 2001 (ver enlaces externos). Grape-DR ocupó el primer lugar en la Little Green500 List de junio de 2010, [5] una clasificación del rendimiento de supercomputadoras por unidad de consumo de energía publicada por Green500.org. [6]