Procesory
Artykuł
Mateusz Brzostek, Poniedziałek, 13 sierpnia 2018, 15:03

Testy profesjonalne – symulacje naukowe

 

Symulacja jądrowa – Geant4

Geant4 to zestaw narzędzi programistycznych pozwalających na modelowanie przejść cząsteczek przez materię. Powstał w ośrodku naukowym CERN i jest zestawem bibliotek napisanych w języku C++. Wykorzystywany jest w wielu eksperymentach naukowych, między innymi w fizyce jądrowej, fizyce akceleratorów i medycynie. W ośrodku CERN używa się Geant4 na przykład do weryfikacji wyników eksperymentów przeprowadzanych w akceleratorach. W Geant4 można zasymulować detektor cząstek złożony z elementów o różnych kształtach i zbudowanych z różnych materiałów, wybrać procesy fizyczne, które mają zachodzić w symulowanym środowisku, i zasymulować ruch cząstek, które rozchodzą się w symulowanym detektorze.

W naszym teście nieco się zmieniło: wykorzystujemy nowszą, znacznie wydajniejszą wersję programu. Symulowany jest eksperyment, w którym foton o energii 500 MeV (promieniowanie gamma) wpada w gęsty ośrodek (krystaliczny związek ołowiu i wolframu). Symulację powtarza się 5 000 000 razy.

Symulacja z dziedziny biologii molekularnej – NAMD

NAMD to pakiet oprogramowania do symulacji zachowania cząsteczek i układów cząsteczek złożonych z ogromnej liczby atomów. Powstał na amerykańskim Uniwersytecie Illinois i jest używany głównie w biologii molekularnej. Pozwala badać strukturę oraz zachowanie genów i białek; za pomocą NAMD zbudowano na przykład model kapsydu wirusa HIV – białkowej otoczki chroniącej kod genetyczny wirusa. Takie modele mogą posłużyć do opracowania leków niszczących niepożądane białka dzięki swojemu kształtowi, dopasowanemu do zastosowania.

NAMD wykorzystuje model programowania Charm++, dzięki czemu skaluje się nawet w zastosowaniach superkomputerowych. Został wybrany jako jedno z pierwszych przedsięwzięć naukowych, na które zostanie poświęcona moc nadchodzącego superkomputera Aurora z procesorami Intela. W tym teście symulujemy 3000 kroków ekspresji genu APOA1.

OpenFOAM, XiFoam

Symulacja przepływu cieczy to jedno z zastosowań metody elementów skończonych (MES) – techniki matematycznej pozwalającej szybko otrzymać przybliżone rozwiązanie układu równań różniczkowych. MES jest podstawą symulacji fizycznych związanych z wytrzymałością materiałów i konstrukcji, przepływem cieczy i gazów, aerodynamiką, kinematyką maszyn. To podstawowa technika matematycznego modelowania w mechanice. Test symulacji przepływu cieczy wykonujemy w OpenFOAM – otwartoźródłowym pakiecie oprogramowania do modelowania i symulacji. To najpopularniejsza opcja alternatywna do płatnych zestawów oprogramowania, takich jak: Solidworks, PTC Creo, ANSYS Fluent.

W tym teście symulujemy spalanie gazu w zwężającej się dyszy (znany eksperyment R. Pitza i J. Daily'ego z 1983 roku, popularny jako tutorial do OpenFOAM) za pomocą solvera XiFoam. Ten test wykorzystuje ok. 7 GB pamięci operacyjnej i składa się z trzech etapów. Dwa pierwsze trwają kilkadziesiąt sekund i są jednowątkowe. Główną, najdłużej trwającą część symulacji można rozłożyć nawet na 64 wątki.

Spis treści
Ocena artykułu:
Ocen: 21
Zaloguj się, by móc oceniać
Artykuły spokrewnione
Facebook
Ostatnio komentowane