Grid computing met grafische kaarten

Een interdisciplinair team van onderzoekers aan de Universiteit van Amsterdam (UvA) heeft grootschalige astronomische berekeningen uitgevoerd op de processor van een grafische kaart in een gewone thuiscomputer.

Wetenschappers, waaronder biologen en natuurkundigen, experimenteerden al eerder met het gebruik van grafische kaarten voor het uitvoeren van rekenintensieve wetenschappelijke analyses. Portegies Zwart: "In vergelijking met voorgaande experimenten zijn onze berekeningen niet alleen precieser en sneller, maar belangrijker is dat we voor het eerst een serieus sterrekundig algoritme hebben geïmplementeerd. De volgende stap is om nu ook echt aan de slag te gaan." Portegies Zwart wacht nog op een nieuwe grafische kaart van Nvidia, die in het najaar verschijnt en berekeningen tot op 16 cijfers achter de komma kan uitvoeren - de precisie die vereist is voor serieus astronomisch onderzoek. Daarna is het plan om een aantal van deze grafische kaarten te koppelen aan het onderzoeksgrid DAS3. Portegies Zwart verwacht op die manier grotere sterrenclusters te kunnen doorrekenen dan nu nog mogelijk is. Waar de GRAPE-6Af maximaal 131072 sterren aankan, berekent de Nvidia 8800 GTX dankzij het nieuwe algoritme de zwaartekracht binnen een sterrenhoop van maximaal veertien miljoen sterren. Portegies Zwart: "De formule voor het berekenen van de zwaartekracht tussen hemellichamen onderling is weliswaar eenvoudig, maar toch heel rekenintensief. Dat komt omdat alle hemellichamen zwaartekracht uitoefenen op alle hemellichamen. Bij N sterren moet je daarom N(N-1) berekeningen uitvoeren."

Verschillende andere wetenschappers hebben al belangstelling getoond voor het pionierswerk van het onderzoeksteam. Portegies Zwart: "De meeste applicaties die je kunt bedenken zou je ook op een grafische kaart kunnen toepassen, mits je maar creatief genoeg bent. Voorwaarden zijn dat het algoritme goed ‘parallelliseerbaar' is en dat het probleem uitgedrukt kan worden in de vijf variabelen waarin een grafische kaart denkt." Bij het spelen van een 3D-spel vertaalt de grafische kaart zijn berekeningen in rood, groen, blauw, helderheid en transparantie van de kleuren op het scherm. Bij het doorrekenen van de zwaartekracht binnen een sterrencluster worden deze vijf variabelen echter ingezet om heel andere zaken te representeren. Ze staan dan voor de x-, y- en z-as van de positie van de ster, zijn massa en de diepte van de gravitationele put.

Nadat AMD in 2006 ATi overnam, verkoopt de chipfabrikant sinds september ‘stream computing' op basis van de grafische kaarten van ATi. Nvidia biedt deze technologie nog niet. Dat de fabrikant echter ook brood in stream computing ziet, bleek toen Portegies Zwart vorig jaar december een brief aan de fabrikant stuurde om een nieuwe videokaart op voorhand te ontvangen. Portegies Zwart: "De volgende dag al lagen er twee kaarten in mijn brievenbus."