Употреба рачунара у науци

23. децембар 2008.

Промоција научног рада, Ниш – 23.12.2008.

Acad

em

ic a

nd E

ducat ional Gr id Init iat ive o

f Serbia

A E G I S

Употреба рачунара у Употреба рачунара у науцинауциАлександар Белић,Лабораторија за примену рачунара у науциИнстит за физику

Промоција научног рада, НишDecember 16, 2008

СимулацијеСимулације – – уводувод Употреба рачунара у науци:

Тривијална:обрада текста, елементарна визуализација (график функције), елементарна квадратура, специјалне функције, ...

Нетривијална:диференцијалне једначине, велики линеарни системи, претраживање комбинаторних простора, сложене симболично-алгебарске манипулације, статистичка анализа података, сложене визуализације, ...

Напредна: стохастичке симулације, парцијалне диференцијалне једначине, партиционе функције/функционални интеграли, оцене поузданости/ризика у комплексним системима, динамика система са многим степенима слободе, ...

Зашто је примена рачунара у науци у порасту: Рачунарски ресурси су све моћнији и

распрострањенији/приступачнијиMoore-ов закон – моћ се дуплира сваке ~2 године

Стандардни приступ има проблемеексперименти су све скупљи а теорија све тежа

Нове области/потрошачифинансије, економија, биологија, социологија, психологија


Симулације – Симулације – ново хеуристичко оруђеново хеуристичко оруђе

Симулације модификују стандардну научну парадигму: Нису ни експеримент (инпут је наш а не из природе)

ни теорија (оутпут је непознат, “мери се”) Најближа дефиниција: ново хеуристичко оруђе

(хеуристичко ≡ оно које води новом сазнању) Употреба:

Решавање математичких модела који се не могу третирати аналитички

Нумеричка решења доводе до побољшаног схватања проучаване појаве и успостављања парцијалних аналитичких законитости (“феноменологија модела”)

Нове аналитичке релације омогућавају профињење модела и/или нумеричког алгоритма што доводи до новог побољшавања схватања, ...

Долази до неконтролисане позитивне ескалације нашег поимања света

Колика је заступљеност нумеричких симулација у истраживањима: Конзервативна процена за физику у 2000. г. је >10%

Реалистична процена данас: oko 25% и расте


Симулације – тржиштеСимулације – тржиште Потражња – ко има потребу за симулацијама?

Они који проучавају: Комплексне појаве са дискретним догађајима

(оцењивачи поузданости, генерали, контролори саобраћаја) Комплексне комбинаторне просторе

(еволуционисти, генетичари, шахисти, фармаколози) Класичне системе многих тела (астрономи плазмаши, власници силоса) Напонска стања и отпорност материјала, развој прскотина

(оцењивачи безбедности конструкција, грађевинци) Шредингерову једначину

(физичари кондензованог стања, хемичари, композитори нових материјала) Дифузиону једначину (термичари) Навије-Стоксову једначину и њене деривате

(метеоролози, флуидомеханичари, авиатичари) Функционалне интеграле (физичари високих енергија, статмеханичари) Процесе доношења одлука у условима непотпуне информације и/или

непотпуне рационалности(економисти, инвеститори, психолози, политичари)

Понуда – ко може да испоручи?Они који поседују:

Адекватно математичко/информатичко образовање Издржљивост неопходну за решавање компликованих проблема

Одговор: rocket scientists (тј. носиоци диплома из егзактних наука и одговарајућих инжењерских струка)


Симулације –Симулације – hardware hardware

Академска мрежа Србије – АМРЕС

Покрива све НИО У процесу проширење

користећи дугорочни закуп dark fiber-а

Академска и образовна Грид иницијатива Србије– АЕГИС

MoU власника ресурса 7 главних сајтова, ~1000 CPUа ~15 сајтова укупно, ~1300 CPUа

Национални центар за суперкомпјутинг и чување података

У изградњи


Лабораторија за примену Лабораторија за примену рачунара, Институт за физикурачунара, Институт за физику

ИФ је водећа научноистраживачка институција у Србији, производи ~10% свог новог знања

Лабораторија има најбоље рачунарске ресурсе високих перформанси у земљи (и шире)

Computing nodes: 840 CPUs, 1GB RAM/CPU Storage element: 30 TB Service nodes: 28 CPUs, 52GB RAM 10 Gbps uplink to AMRES UPS & redundant cooling


Некад ...Некад ...


... и сад... и сад


Future developmentsFuture developments

National Supercomputing and Data Storage Center Project

Objectives eInfrastructure development

Central supercomputing installation + network of regional centers Integration into pan-European initiatives

Development of human resources Creating new jobs Training for HPC resources usage Collaboration and reintegration of specialists from Diaspora; forming the critical mass Attracting of young talent to the HPC field

Increasing competitiveness of R&D sector Providing Serbian researchers access to state of the art HPC resources Support for users of HPC resources

Opening up new R&D venues Simulation of regional climate changes; developments in agricultural meteorology Integrity analysis, estimates of remaining lifetime of capital objects Applications in physical and material sciences; biomed applications

Collaboration with industry

Upcoming milestones June 2009 Construction works finished August 2009 1st National HPC conference December 2009 First wave of procurement


Granular materials (1)Granular materials (1)Large conglomerates of macroscopic inelastic particles

Applications: Mining, Agriculture, Civil engineering, Chemical, Pharmaceutical...

Goals construct statistical and fluid descriptions of cooperative phenomena in the dynamics of

powders study relationship between the macroscopic behaviour of granular materials and their

microstructures

Recent results S. B. Vrhovac, D. Arsenovic, and A. Belic, Phys. Rev. E 66, 051302 (2002). S. B. Vrhovac and Z. M. Jaksic, J. Stat. Mech.: Theory and Experiment, P06008 (2004). Lj. Budinski-Petkovic, M. Petkovic, Z. M. Jaksic, and S. B. Vrhovac, Phys. Rev. E 72,

046118 (2005). Lj. Budinski-Petkovic, and S. B. Vrhovac, Eur. Phys. J. E 16, 89 (2005). S. B. Vrhovac, Z. M. Jakšić, Lj. Budinski-Petković, and A. Belić, Eur. Phys. J. B 53, 225-

232 (2006). D. Arsenović, S. B. Vrhovac, Z. M. Jakšić, Lj. Budinski-Petković, and A. Belić, Phys.

Rev. E 74, 061302-061302-14 (2006). I. Lončarević, Lj. Budinski-Petković, and S. B. Vrhovac, Eur. Phys. J. E 24, 19-26 (2007). I. Lončarević, Lj. Budinski-Petković, and S. B. Vrhovac, Phys. Rev. E 76, 031104-

031104-9 (2007). Lj. Budinski-Petković, I. Lončarević, and S. B. Vrhovac, Phys. Rev. E 78, 061603-

061603-7 (2008).


Granular materials (2)Granular materials (2) Time evolution of the density during the compaction


Granular materials (3)Granular materials (3)

Time dependence of the connectivity numbers


Granular materials (4)Granular materials (4)

Evolution of a bridge


Path integrals (1)Path integrals (1) Most economical way to write down a quantum theory Applications: physics, chemistry, materials Goal: devise O(N-p) algorithm Previous state of the art: O(N-4) for the trace and O(N-2) for amplitude Tricks:

use analytical information from generalized Euler summation formulainvent a set of effective actions S(p) with the same continuum limit

Recent results: A. Bogojevic, A. Balaz, and A. Belic, Phys. Rev. Lett. 94, 180403 (2005). A. Bogojevic, A. Balaz, and A. Belic, Phys. Rev. B 72, 064302 (2005). A. Bogojevic, A. Balaz, and A. Belic, Phys. Lett. A 344, 84-90 (2005). A. Bogojevic, A. Balaz, and A. Belic, Phys. Lett. A 345, 258-264 (2005). A. Bogojevic, A. Balaz, and A. Belic, Phys. Rev. E 72, 036128 (2005). D. Stojiljković, A. Bogojević, and A. Balaž, Phys. Lett. A 360, 205-209 (2006). J. Grujić, A. Bogojević, and A. Balaž, Phys. Lett. A 360, 217-223 (2006). A. Bogojević, I. Vidanović, A. Balaž, and A. Belić, Phys Lett A 372, 3341-3349

(2008).


Path integrals (2)Path integrals (2) Descreete amplitudes for anharmonic oscilator


Path integrals (3)Path integrals (3)

Deviations from the continuum limit

Documents

Употреба рачунара у науци