MilkyWay@Home

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
MilkyWay@Home
Тип

Распределённые вычисления

Операционная система

Кроссплатформенное ПО

Первый выпуск

7 июля 2007 г

Аппаратная платформа

x86

Последняя версия

1.00 (Windows, FreeBSD)
1.01 (Linux, Mac OS X)

Состояние

Активное

Лицензия

GNU GPL 3

Сайт

milkyway.cs.rpi.edu/milkyway/

MilkyWay@Home
Платформа

BOINC

Объём загружаемого ПО

6 МБ

Объём загружаемых данных задания

4 МБ

Объём отправляемых данных задания

0,5 КБ

Объём места на диске

10 МБ

Используемый объём памяти

6 МБ

Графический интерфейс

нет

Среднее время расчёта задания

19—20,5 часов (CPU),
< 1 часа (GPU)

Deadline

8—12 дней

Возможность использования GPU

nVidia, AMD/ATI

MilkyWay@Home — проект добровольных распределенных вычислений в области астрофизики, работающий на платформе BOINC. Цель проекта — попытка создания высокоточной трёхмерной динамической модели звёздных потоков в нашей Галактике — Млечный путь (англ. Milky Way), с помощью данных, собранных в ходе Слоановского цифрового обзора неба (англ. Sloan Digital Sky Survey, SDSS) и более раннего обзора 2MASS. В качестве второстепенной цели проект также занимается разработкой и оптимизацией алгоритмов распределённых вычислений. Проект был запущен в декабре 2007 г.[1] кафедрами «Информатики и физики», «Прикладной физики» и «Астрономии» Политехнического института Ренсселира при поддержке Национального научного фонда США. Проект управляется группой, в которую входят такие учёные как Тревис Дезелл (англ. Travis Desell), Хейди Джо Ньюберг (англ.), Болеслав Шимански (англ.) и Карлос Варела (англ. Carlos Varela). По состоянию на 5 сентября 2012 года[2] в нём приняли участие 165 767 пользователей (339 030 компьютеров) из 209 стран, обеспечивая интегральную производительность в 431,8 терафлопс (в 2010 году производительность проекта составляла 1,45 петафлопс, что являлось сопоставимым с производительностью самых быстрых суперкомпьютеров[3]). Участвовать в проекте может любой человек, обладающий подключённым к Интернет компьютером. Для этого необходимо установить на него программу BOINC и подключиться к проекту MilkyWay@home.

Цели проекта[править | править исходный текст]

Динамика эволюции звездного потока Стрельца (кликнуть для воспроизведения)
Images.png Внешние изображения
Результаты моделирования динамики эволюции и текущего положения потока Стрельца
Image-silk.png Текущее положение
Image-silk.png Направление движения: [1], [2]

С середины 2009 года основной целью проекта стало моделирование звездного потока Стрельца, произошедшего из карликовой эллиптической галактики в созвездии Стрельца и частично пересекающегося с пространством, занимаемым нашей Галактикой. Поток имеет нестабильную орбиту и скорее всего образовался в результате действия приливных сил по мере сближения карликовой галактики с галактикой Млечный Путь. Изучение подобных звездных потоков и их динамики в перспективе может стать ключом к пониманию структуры, процесса формирования, эволюции и распределения гравитационного потенциала в Млечном Пути и других схожих галактиках, а также прояснить детали формирования приливных хвостов (англ.), возникающих при столкновении галактик. Кроме того, полученные результаты способны пролить свет на понимание явления темной материи, уточнение формы темного гало и его плотности. В процессе дальнейшего развития проекта планируется обратить внимание и на другие звездные потоки (на данный момент также построены модели потоков Сироты и GD-1[4]).

Модель звездного потока[5]

Используя данные обзора SDSS, производится разделение неба на области шириной около 2,5 градуса (англ. wedge или stripe). Далее с использованием вероятностных методов производится извлечение первичной информации о приливных потоках (отделение звезд Галактики от звезд потока, выполняемое в расчетных заданиях типа «separation»). Затем производится формирование новой равномерно заполненной звездами области на основании информации о приливном потоке, причем поток в выбранной области условно считается цилиндрическим по форме, а распределение звезд в нем — гауссовым (звезды расположены чаще в средине, реже по краям)[6]. Подобный подход вызван тем, что для звезд, образующих поток, известны координаты на небесной сфере, но неизвестно точное расстояние до каждой из них[7]. Поток в каждой области характеризуется 6 параметрами:

  • w — вес (процент звезд в потоке);
  • \mu — угловое направление в пределах области (англ. angular position in the stripe);
  • \phi, \theta и r — 3 пространственные координаты (два угла и радиальное расстояние от Земли);
  • \sigma — мера ширины (англ. measure of width).

Кроме того, каждая область также характеризуется двумя параметрами:

  • q — мера плоскости галактического сфероида (англ. measure of the flatness of the spheroid);
  • r_0 — мера радиуса ядра галактического сфероида (англ. measure of the radius of the spheroid core).

Выбранная модель Галактики не является полной и теоретически может быть расширена за счет добавления параметров толстого диска и балджа, но в данных исследованиях этого не требуется, так как большинство звезд потоков находится за пределами плоскости Галактики. Кроме того, звезды потока и Галактики отличаются по цвету, благодаря чему последние могут быть заранее исключены из рассмотрения [7].

Таким образом, для расчета в каждой области необходимо отыскание значений 2+6n параметров, где n — число потоков в области. Во время расчета сервер приложений отслеживает популяцию из наборов звезд в выбранной области, каждый из которых принадлежит к одной из возможных моделей Млечного Пути, с целью отыскания численных значений параметров, наиболее адекватно описывающих наблюдаемые данные, с использованием распределенных эволюционных алгоритмов (метод максимального правдоподобия, генетические алгоритмы, метод роя частиц, метод дифференциальной эволюции, марковские цепи и метод Монте-Карло (англ.), адаптированные для распределенных вычислений)[8][9][10][11][12][13].

Первой задачей в рамках проекта являлось более точное описание звездного потока Стрельца по сравнению с известными на тот момент, на что потребовалось несколько месяцев расчета с использованием грид[14]. Далее аналогичным образом были построены модели других звездных потоков Сироты и GD-1[4]. Затем Мэттом Ньюби (англ. Matt Newby) было проведено моделирования с целью отыскания значений двух параметров сфероида в пределах всего неба. На основании данных о распределении звезд в потоках выполняется моделирование динамики движения звезд в потоках (расчетные задания типа «n-body»).

В ближайшей перспективе результаты моделирования могут дать ответы на два основных вопроса, не имеющих на данный момент однозначного ответа: о расположении и направлении движения звездного потока Стрельца. Некоторые астрофизики полагают, что поток пройдет в непосредственной близости от нас; другие же уверены, что поток пройдет выше Солнца (в плоскости Галактики).

История развития проекта[править | править исходный текст]

Проект начал развиваться с 2007 года, в 2008 году стали доступны оптимизированные клиентские приложения для 32-битных и 64-битных операционных систем.

К середине 2009 года рабочие задания, направляемые клиентам требуется лишь 2—4 часа расчетов на современных процессорах, однако требуют их обработки в кратчайшие сроки (как правило, 3 дня). Это делает проект менее подходящим для компьютеров, не работающих круглосуточно или где пользователи не разрешили вычисление в фоновом режиме. В январе 2010 года deadline был увеличен до 8 дней[15].

11 июня 2009 года были разработаны расчетные приложения с поддержкой технологии CUDA для графических процессоров Nvidia[источник не указан 633 дня]. 13 января 2010 года была добавлена поддержка графических процессоров от ATI Technologies, что позволило существенно повысить интегральную производительность проекта[16]. Например, задания, требующие 10 минут вычислений на графическом процессоре AMD HD3850 или 5 минут на AMD HD4850, вычисляются 6 часов на одном ядре процессора AMD Phenom II с частотой 2,8 ГГц. При этом от видеокарт требуется поддержка операций с плавающей точкой двойной точности.

Научные достижения[править | править исходный текст]

2010 год[править | править исходный текст]

  • произведено моделирование динамики эволюции звездного потока Стрельца [14].

2011 год[править | править исходный текст]

  • произведено моделирование динамики эволюции звездных потоков Стрельца, Сироты и GD-1 [4].

2012 год[править | править исходный текст]

  • опубликованы результаты моделирования текущего положения потока Стрельца [17] и направления движения его отдельных компонентов [18].

2013 год[править | править исходный текст]

  • опубликованы результаты моделирования динамики звездного потока Сироты[19][20].

См. также[править | править исходный текст]

Примечания[править | править исходный текст]

  1. BOINCstats/BAM! | MilkyWay@home - Detailed stats
  2. BOINCstats | MylkyWay@Home — Detailed stats
  3. Проект MilkyWay@Home заткнул за пояс суперкомпьютер Roadrunner
  4. 1 2 3 animation of the n-body simulations
  5. Travis Desell. MilkyWay@Home and Volunteer Computing at RPI. RPI Center for Open Source Software (RCOSS). RPI, Troy, New York, USA. April 2010
  6. Milkyway@home Data Plots
  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, and James Wisniewski. Maximum Likelihood Fitting of Tidal Streams with Application to the Sagittarius Dwarf Tidal Tails. Astrophysical Journal, 683:750-766, 2008.
  8. Travis Desell. Robust Asynchronous Optimization using Volunteer Computing Grids. 5th Annual Pan-Galactic BOINC Workshop. Barcelona, Spain. October 2009.
  9. Travis Desell. Asynchronous Global Optimization for Massive-Scale Computing. PhD Defense. RPI, Troy, New York, USA. November 2009.
  10. Boleslaw Szymanski. Robust Asynchronous Optimization for Volunteer Computing Grids. The 5th IEEE International Conference on e-Science (e-Science 2009). Oxford, UK. December 2009.
  11. Matthew Newby. The Maximum Likelihood Problem and Fitting the Sagittarius Dwarf Tidal Stream. RPI Astrophysics Seminar. RPI, Troy, New York, USA. October 2009.
  12. From Analyzing the Tuberculosis Genome to Modeling the Milky Way Galaxy: Using Volunteer Computing for Computational Science. Public Talk. University of North Dakota, Grand Forks, North Dakota, USA. November 2010.
  13. Travis Desell, Nathan Cole, Malik Magdon-Ismail, Heidi Newberg, Boleslaw Szymanski, and Carlos A. Varela. Distributed and Generic Maximum Likelihood Evaluation. In 3rd IEEE International Conference on e-Science and Grid Computing (eScience2007), Bangalore, India, pages 337—344, December 2007
  14. 1 2 N-Body Simulation of the Sagittarius Stream
  15. Increased WU Deadline
  16. ATI Application
  17. Progress Report
  18. Plot Progression!
  19. Визуализация результатов моделирования потока Сироты на YouTube
  20. Визуализация результатов моделирования потока Сироты на YouTube

Ссылки[править | править исходный текст]

Исходный код:

Обсуждение проекта в форумах: