MilkyWay@Home

MilkyWay@Home  je dobrovolný projekt distribuovaných počítačů v oblasti astrofyziky běžící na platformě BOINC . Cílem projektu je pokusit se vytvořit vysoce přesný 3D dynamický model hvězdných proudů v naší Galaxii Mléčná dráha pomocí dat shromážděných během Sloan Digital Sky Survey ( SDSS ) a dřívějšího průzkumu 2MASS .  Sekundárním cílem projektu je také vývoj a optimalizace distribuovaných výpočetních algoritmů . Projekt byl zahájen v prosinci 2007 [1] katedrami informatiky a fyziky, aplikované fyziky a astronomie na Rensselaer Polytechnic Institute s podporou americké National Science Foundation . Projekt vede vědců včetně Travise Desella , Heidi Jo , Bolesława a Carlose Varely _ K 5. září 2012 [2] se do něj zapojilo 165 767 uživatelů (339 030 počítačů) z 209 zemí, kteří poskytli integrovaný výkon 431,8 teraflopů ( v roce 2010 byl výkon projektu 1,45 peta flopů , což bylo srovnatelné s výkonem nejrychlejší superpočítače [3] ). Do projektu se může zapojit kdokoli s počítačem připojeným k internetu . K tomu je potřeba nainstalovat na něj program BOINC a připojit se k projektu MilkyWay@home.    

Cíle projektu

Od poloviny roku 2009 je hlavním cílem projektu modelovat hvězdný proud Sagittarius , který vznikl z trpasličí eliptické galaxie v souhvězdí Střelce a částečně se protíná s prostorem, který zabírá naše Galaxie. Proudění má nestabilní dráhu a s největší pravděpodobností vzniklo v důsledku působení slapových sil , když se trpasličí galaxie přiblížila ke galaxii Mléčná dráha . Studium takových hvězdných proudů a jejich dynamiky se v budoucnu může stát klíčem k pochopení struktury, procesu formování, evoluce a rozložení gravitačního potenciálu v Mléčné dráze a dalších podobných galaxiích, stejně jako k objasnění podrobností formování galaxií. slapové ohony , ke kterým dochází při srážce galaxií. Získané výsledky navíc mohou osvětlit pochopení fenoménu temné hmoty , objasnit tvar tmavého halo a jeho hustotu. V procesu dalšího rozvoje projektu se plánuje věnovat pozornost i dalším hvězdným proudům (v současné době jsou postaveny i modely proudů Sirota a GD-1 [4] ).

Pomocí dat průzkumu SDSS je obloha rozdělena na oblasti široké asi 2,5 stupně ( anglicky  wedge nebo stripe ). Dále jsou pomocí pravděpodobnostních metod extrahovány primární informace o slapových proudech (oddělení hvězd Galaxie od hvězd proudění, prováděné ve výpočtových úlohách typu „separace“). Poté se na základě informací o slapovém toku vytvoří nová oblast rovnoměrně vyplněná hvězdami a tok ve vybrané oblasti je podmíněně považován za válcový tvar a rozložení hvězd v ní je gaussovské (hvězdy se nacházejí častěji v střed, méně často na okrajích) [6] . Tento přístup je způsoben tím, že u hvězd, které tvoří proud, jsou známy souřadnice na nebeské sféře , ale přesná vzdálenost ke každé z nich není známa [7] . Proudění v každé oblasti je charakterizováno 6 parametry:

•  — hmotnost (procento hvězd v proudu);
•  - úhlový směr v oblasti ( angl.  úhlová poloha v pruhu );
• , a  - 3 prostorové souřadnice (dva úhly a radiální vzdálenost od Země );
•  - míra šířky ( angl.  measure of width ).

Každá oblast je navíc charakterizována dvěma parametry:

•  — míra plochosti sféroidu ; _ 
•  - míra poloměru jádra galaktického sféroidu ( anglická  míra poloměru jádra sféroidu ).

Vybraný model Galaxie není úplný a teoreticky může být rozšířen přidáním parametrů tlustého disku a vyboulení , ale to není v těchto studiích vyžadováno, protože většina hvězd proudu je mimo rovinu Galaxie. Hvězdy proudu a Galaxie se navíc liší barvou, díky čemuž lze ty druhé předem vyloučit z úvahy [7] .

Pro výpočet v každé oblasti je tedy nutné najít hodnoty parametrů, kde  je počet průtoků v oblasti. Během výpočtu aplikační server sleduje populaci sad hvězd ve vybrané oblasti, z nichž každá patří k jednomu z možných modelů Mléčné dráhy, aby našel číselné hodnoty parametrů, které nejvíce adekvátně popsat pozorovaná data pomocí distribuovaných evolučních algoritmů ( metoda maximální věrohodnosti , genetické algoritmy , metoda roje částic , metoda diferenciální evoluce , Markovovy řetězce a metoda Monte Carlo upravená pro distribuované výpočty) [8] [9] [10] [11] [ 12] [13] .

Prvním úkolem v rámci projektu byl přesnější popis hvězdného proudu Střelce v porovnání s tehdy známými, což zabralo několik měsíců výpočtu pomocí mřížky [14] . Dále byly podobným způsobem konstruovány modely dalších hvězdných proudů Siroty a GD-1 [4] . Poté Matt Newby provedl simulaci  , aby našel hodnoty dvou parametrů sféroidů na celé obloze. Na základě údajů o rozložení hvězd v tocích je simulována dynamika pohybu hvězd v tocích (výpočtové úlohy typu „n-body“).

Krátkodobě mohou výsledky simulace poskytnout odpovědi na dvě hlavní otázky, které v současnosti nemají jednoznačnou odpověď: o poloze a směru pohybu hvězdného proudu Střelce. Někteří astrofyzici se domnívají, že proud projde v těsné blízkosti nás; jiní jsou si jisti, že proudění bude procházet nad Sluncem (v rovině Galaxie).

Existuje také projekt "N-body" (MilkyWay@Home N-Body Simulation). Projekt je zaměřen na vytvoření simulace srážky trpasličích galaxií v gravitačním poli galaxie Mléčná dráha .

Historie vývoje projektu

Projekt se začal rozvíjet v roce 2007 , v roce 2008 byly k dispozici optimalizované klientské aplikace pro 32bitové a 64bitové operační systémy .

Do poloviny roku 2009 vyžadovaly zakázky zaslané klientům pouze 2-4 hodiny výpočtu na moderních procesorech, ale jejich zpracování muselo být dokončeno v co nejkratším čase (obvykle 3 dny). Díky tomu byl projekt méně vhodný pro počítače , které neběžely nepřetržitě nebo kde uživatelé neumožňovali práci na pozadí. V lednu 2010 byla povolená doba zpracování zakázky zvýšena na 8 dní [15] .

11. června 2009 byly vyvinuty výpočetní aplikace s podporou technologie CUDA pro GPU Nvidia [ 16] . 13. ledna 2010 byla přidána podpora GPU od ATI Technologies , což umožnilo výrazně zvýšit integrovaný výkon projektu [17] . Například úlohy, které vyžadují 10 minut výpočetního času na GPU ATI Radeon HD 3850 nebo 5 minut na GPU ATI Radeon HD 4850 , se spočítají za 6 hodin na jediném 2,8 GHz procesorovém jádru AMD Phenom II . Zároveň je nutné, aby grafické karty podporovaly operace s plovoucí desetinnou čárkou s dvojitou přesností .

Vědecké úspěchy

2010

• modelování dynamiky vývoje hvězdného proudu Sagittarius [14] .

2011

• byla modelována dynamika vývoje hvězdných proudů Střelce, Siroty a GD-1 [4] .

2012

• byly publikovány výsledky modelování aktuální polohy toku Střelce [18] a směru pohybu jeho jednotlivých složek [19] .

2013

• publikoval výsledky modelování dynamiky hvězdného proudu Sirota [20] [21] .

Viz také

• Dobrovolné výpočty
• BOINC
• mléčná dráha
• Problém gravitačního N-tělesa
• hvězdný proud

Poznámky

1. ↑ BOINCstats/BAM! | MilkyWay@home - Podrobné statistiky . Získáno 15. července 2012. Archivováno z originálu 15. června 2012. (neurčitý)
2. ↑ BOINCstats | MylkyWay@Home - Podrobné statistiky . Získáno 5. září 2013. Archivováno z originálu 7. srpna 2013. (neurčitý)
3. ↑ Projekt MilkyWay@Home dává superpočítač Roadrunner pod svůj pás . Získáno 15. července 2012. Archivováno z originálu 3. dubna 2013. (neurčitý)
4. ↑ 1 2 3 animace simulací n-těl . Získáno 15. července 2012. Archivováno z originálu dne 21. června 2012. (neurčitý)
5. ↑ Travis Desell. MilkyWay@Home a Volunteer Computing ve společnosti RPI. Centrum RPI pro software s otevřeným zdrojovým kódem (RCOSS). RPI, Troy, New York, USA. dubna 2010 . Získáno 15. července 2012. Archivováno z originálu 16. září 2012. (neurčitý)
6. ↑ Datové grafy Milkyway@home . Získáno 15. července 2012. Archivováno z originálu dne 26. července 2012. (neurčitý)
7. ↑ 1 2 Nathan Cole, Heidi Newberg, Malik Magdon-Ismail, Travis Desell, Kristopher Dawsey, Warren Hayashi, Jonathan Purnell, Boleslaw Szymanski, Carlos A. Varela, Benjamin Willett a James Wisniewski. Maximální pravděpodobnost přizpůsobení přílivových proudů s aplikací na přílivové ocasy trpaslíků Sagittarius. Astrophysical Journal, 683:750-766, 2008 . Získáno 15. července 2012. Archivováno z originálu 16. září 2012. (neurčitý)
8. ↑ Travis Desell. Robustní asynchronní optimalizace pomocí dobrovolných výpočetních sítí. 5. ročník Pan-galaktického BOINC workshopu. Barcelona, ​​Španělsko. října 2009 .. Získáno 15. července 2012. Archivováno z originálu 16. září 2012. (neurčitý)
9. ↑ Travis Desell. Asynchronní globální optimalizace pro Massive-Scale Computing. Obhajoba PhD. RPI, Troy, New York, USA. listopadu 2009 . Získáno 15. července 2012. Archivováno z originálu 16. září 2012. (neurčitý)
10. ↑ Boleslav Szymanski. Robustní asynchronní optimalizace pro dobrovolnické výpočetní sítě. 5. mezinárodní konference IEEE o e-Science (e-Science 2009). Oxford, Spojené království. prosince 2009 .. Získáno 15. července 2012. Archivováno z originálu 16. září 2012. (neurčitý)
11. ↑ Matthew Newby. Problém maximální pravděpodobnosti a přizpůsobení přílivového proudu trpaslíka Střelce. Seminář astrofyziky RPI. RPI, Troy, New York, USA. října 2009 .. Získáno 15. července 2012. Archivováno z originálu 16. září 2012. (neurčitý)
12. ↑ Od analýzy genomu tuberkulózy k modelování galaxie Mléčná dráha: Využití dobrovolných počítačů pro výpočetní vědu. veřejné řeči. University of North Dakota, Grand Forks, Severní Dakota, USA. listopadu 2010 .. Získáno 15. července 2012. Archivováno z originálu 16. září 2012. (neurčitý)
13. ↑ Travis Desell, Nathan Cole, Malik Magdon-Ismail, Heidi Newberg, Boleslaw Szymanski a Carlos A. Varela. Distribuované a obecné hodnocení maximální věrohodnosti. In 3rd IEEE International Conference on e-Science and Grid Computing (eScience2007), Bangalore, Indie, strany 337–344, prosinec 2007 . Získáno 15. července 2012. Archivováno z originálu 16. září 2012. (neurčitý)
14. ↑ 1 2 Simulace N-Body streamu Sagittarius (downlink) . Datum přístupu: 15. července 2012. Archivováno z originálu 24. září 2012. (neurčitý) 
15. ↑ Zvýšená lhůta WU . Získáno 15. července 2012. Archivováno z originálu dne 25. září 2012. (neurčitý)
16. ↑ Spusťte SETI@home na  GPU NVIDIA . setiathome.berkeley.edu. Získáno 24. října 2018. Archivováno z originálu dne 24. října 2018.
17. ↑ Aplikace ATI . Datum přístupu: 15. července 2012. Archivováno z originálu 24. září 2012. (neurčitý)
18. ↑ Zpráva o pokroku . Získáno 15. července 2012. Archivováno z originálu 13. srpna 2012. (neurčitý)
19. ↑ Nakreslete postup! . Získáno 15. července 2012. Archivováno z originálu 19. července 2012. (neurčitý)
20. ↑ Vizualizace výsledků simulace proudění Sirota na YouTube
21. ↑ Vizualizace výsledků simulace proudění Sirota na YouTube

Odkazy

• Oficiální stránky projektu  (anglicky)
• Počítače po celém světě se spojily, aby zmapovaly Mléčnou  dráhu
• http://phys.org/news185028222.html  _
• Nathan Cole. Maximální pravděpodobnost přizpůsobení přílivových proudů s aplikací na přílivové ocasy trpaslíků Sagittarius. PhD práce. Rensselaer Polytechnic Institute. 2009  (anglicky)
• Demo spořiče obrazovky
• Vědecké publikace projektu
• Popis projektu na Distributed.org.ua  (ruština)
• Travis Desell, Malik Magdon-Ismail, Boleslaw Szymanski, Carlos A. Varela, Benjamin A. Willett, Matthew Arsenault, Heidi Newberg.  Evoluční simulace N-těl pro určení původu a struktury halo galaxie Mléčná dráha pomocí dobrovolných počítačů

Zdroj:

• Zdrojový kód výpočetního modulu Separace pro CPU
• Zdrojový kód výpočetního modulu pro nVidia OpenCL CUDA  (nepřístupný odkaz)
• Zdrojový kód modulu výpočtu N-body s podporou OpenMP

Diskuse k projektu na fóru:

• forum.boinc.ru
• Distributed.org.ua