PC faz em 15 minutos o que supercomputador leva 3 dias

fonte Inovação Tecnológica- foto  Vladimir Kukulin

O supercomputador usado pela equipe foi substituído por um PC comum com uma GPU comprada no comércio.

Um grupo de físicos da Universidade Estadual de Moscou, na Rússia, descobriu como usar um computador pessoal comum, como o que você tem em casa, para resolver algumas das mais complexas equações da mecânica quântica, que até agora só eram resolvidas em supercomputadores.

E não se trata de uma mera substituição: de acordo com Vladimir Pomerantcev e seus colegas, o PC faz o trabalho muito mais rápido, resolvendo em 15 minutos o que um dos maiores computadores do mundo, instalado na Universidade de Julich, na Alemanha, tem levado de 2 a 3 dias para calcular.

As equações, formuladas na década de 60 pelo matemático Ludwig Faddeev, descrevem a dispersão de partículas quânticas, isto é, representa um análogo na mecânica quântica da teoria newtoniana dos sistemas de três corpos - usado para calcular a interação entre Sol, Lua e Terra, por exemplo. Com as equações de Faddeev abriu-se um campo totalmente novo da mecânica quântica, hoje conhecido como "física de sistemas de poucos corpos".

No entanto, devido à incrível complexidade dos cálculos no caso de interações entre partículas realísticas, o sistema ficou fora do alcance dos físicos por um longo período, até que os supercomputadores apareceram.

Quem precisa de supercomputador?

Agora, a equipe descobriu que basta um computador de mesa comum equipado com uma placa gráfica (GPU: Graphics Processing Unit) que custa por volta de R$1.000 para resolver todas as simulações quânticas realísticas de poucos corpos em poucos minutos.

Ocorre que a principal dificuldade para resolver as equações de Faddeev é a integração do espalhamento das múltiplas partículas quânticas, o que gera uma enorme tabela bidimensional, com dezenas ou centenas de milhares de linhas e colunas, com cada elemento da matriz sendo o resultado de cálculos para lá de complexos.

O que Pomerantcev percebeu é que essa tabela enorme pode ser encarada como uma tela com dezenas de bilhões de píxeis. Dessa forma, com uma boa GPU, pode-se calculá-la de forma muito rápida e otimizada.

O que nem a equipe esperava é que o desempenho fosse tão grande.

"Chegamos a uma velocidade que sequer sonhávamos," disse o professor Vladimir Kukulin, coordenador do trabalho. "O programa calcula 260 milhões de integrais duplas complexas em um computador desktop em apenas três segundos. Sem comparação com os supercomputadores!"

A simulação completa, que atualmente usa de dois a três dias do supercomputador, é solucionada em 15 minutos no PC.

Curso para todos

O mais surpreendente é que os processadores gráficos com a capacidade adequada, bem como uma enorme quantidade de software disponibilizada para eles pelos próprios fabricantes das GPUs, como a NVidia, existem há quase dez anos - mas ninguém havia tido a ideia de usá-los para resolver as simulações quânticas.

"Este trabalho, em nossa opinião, abre rotas completamente novas para analisar reações químicas nucleares e de ressonância," disse Kukulin. "Ele também pode ser muito útil para resolver um grande número de tarefas de computação em física de plasma, eletrodinâmica, geofísica, medicina e muitas outras áreas da ciência."

A equipe está agora organizando um curso para mostrar a outros pesquisadores interessados de todo o mundo como usar seus PCs para substituir seus supercomputadores nesses cálculos.