Применение распределенных вычислительных систем и технологии cuda для моделирования физических процессов: Учебно-методическое пособие

В учебно-методическом пособии рассматриваются возможности применения технологии CUDA в научных исследованиях. Описываются принципы распараллеливания, и демонстрируется пример работающей программы – расчет диссипативной динамики многоуровневой квантовой системы, на примере, квантового нелинейного осциллятора. Эволюция системы рассчитывается на основе уравнения для матрицы плотности. Разработаны и реализованы два алгоритма решения данной задачи: методом квантовых траекторий (квантовым методом Монте-Карло) и с помощью метода некоммутативного интегрирования на группах Ли (разложение по матрицам Гелл-Манна). На базе примера показана эффективность работы графических ускорителей, масштабируемость и описывается возможность взаимодействия нескольких графических ускорителей с применением технологии MPI. Приведено описание и порядок выполнения лабораторных работ по изучению принципов гетерогенных вычислительных систем и реализации численных физических экспериментов. Пособие содержит задачи для самостоятельного решения и вопросы для анализировано результатов. Электронное учебно-методическое пособие предназначено для студентов и аспирантов ННГУ, обучающихся по направлениям подготовки 03.03.02 «Физика», 11.03.04 «Электроника и наноэлектроника» и 09.03.02 «Информационные системы и технологии».