Употреба рачунара у науци

1. Употреба рачунара у науци Александар Белић,Лабораторија за примену рачунара у науциИнстит за физику

2. Симулације – увод • Употреба рачунара у науци: • Тривијална:обрада текста, елементарна визуализација (график функције), елементарна квадратура, специјалне функције, ... • Нетривијална:диференцијалне једначине, велики линеарни системи, претраживање комбинаторних простора, сложене симболично-алгебарске манипулације, статистичка анализа података, сложене визуализације, ... • Напредна:стохастичке симулације, парцијалне диференцијалне једначине, партиционе функције/функционални интеграли, оцене поузданости/ризика у комплексним системима, динамика система са многим степенима слободе, ... • Зашто је примена рачунара у науци у порасту: • Рачунарски ресурси су све моћнији и распрострањенији/приступачнијиMoore-ов закон – моћ се дуплира сваке ~2 године • Стандардни приступ има проблемеексперименти су све скупљи а теорија све тежа • Нове области/потрошачифинансије, економија, биологија, социологија, психологија Промоција научног рада, Ниш

3. Симулације – ново хеуристичко оруђе • Симулације модификују стандардну научну парадигму: • Нису ни експеримент (инпут је наш а не из природе) ни теорија (оутпут је непознат, “мери се”) • Најближа дефиниција: ново хеуристичко оруђе(хеуристичко ≡ оно које води новом сазнању) • Употреба: • Решавање математичких модела који се не могу третирати аналитички • Нумеричка решења доводе до побољшаног схватања проучаване појаве и успостављања парцијалних аналитичких законитости (“феноменологија модела”) • Нове аналитичке релације омогућавају профињење модела и/илинумеричког алгоритма што доводи до новог побољшавања схватања, ... • Долази до неконтролисане позитивне ескалације нашег поимања света • Колика је заступљеност нумеричких симулација у истраживањима: • Конзервативна процена за физику у 2000. г. је>10%Реалистична процена данас: oko 25% и расте Промоција научног рада, Ниш

4. Симулације – тржиште • Потражња – ко има потребу за симулацијама?Они који проучавају: • Комплексне појаве са дискретним догађајима(оцењивачи поузданости, генерали, контролори саобраћаја) • Комплексне комбинаторне просторе(еволуционисти, генетичари, шахисти, фармаколози) • Класичне системе многих тела (астрономи плазмаши, власници силоса) • Напонска стања и отпорност материјала, развој прскотина(оцењивачи безбедности конструкција, грађевинци) • Шредингерову једначину(физичари кондензованог стања, хемичари, композитори нових материјала) • Дифузиону једначину(термичари) • Навије-Стоксову једначину и њене деривате(метеоролози, флуидомеханичари, авиатичари) • Функционалне интеграле (физичари високих енергија, статмеханичари) • Процесе доношења одлука у условима непотпуне информације и/илинепотпуне рационалности(економисти, инвеститори, психолози, политичари) • Понуда – ко може да испоручи?Они који поседују: • Адекватно математичко/информатичко образовање • Издржљивост неопходну за решавање компликованих проблема Одговор: rocket scientists (тј. носиоци диплома из егзактних наука и одговарајућих инжењерских струка) Промоција научног рада, Ниш

5. Симулације – hardware • Академска мрежа Србије– АМРЕС • Покрива све НИО • У процесу проширење користећи дугорочни закуп dark fiber-а • Академска и образовна Грид иницијатива Србије– АЕГИС • MoU власника ресурса • 7 главних сајтова, ~1000 CPUа • ~15 сајтова укупно,~1300 CPUа • Национални центар за суперкомпјутинг и чување података • У изградњи Промоција научног рада, Ниш

6. Лабораторија за примену рачунара, Институт за физику • ИФ је водећа научноистраживачка институција у Србији, производи ~10% свог новог знања • Лабораторија има најбоље рачунарске ресурсе високих перформанси у земљи (и шире) • Computing nodes: 840 CPUs, 1GB RAM/CPU • Storage element: 30 TB • Service nodes: 28 CPUs, 52GB RAM • 10 Gbps uplink to AMRES • UPS & redundant cooling Промоција научног рада, Ниш

7. Некад ... Промоција научног рада, Ниш

8. ... и сад Промоција научног рада, Ниш

9. Future developments National Supercomputing and Data Storage Center Project Objectives • eInfrastructure development • Central supercomputing installation + network of regional centers • Integration into pan-European initiatives • Development of human resources • Creating new jobs • Training for HPC resources usage • Collaboration and reintegration of specialists from Diaspora; forming the critical mass • Attracting of young talent to the HPC field • Increasing competitiveness of R&D sector • Providing Serbian researchers access to state of the art HPC resources • Support for users of HPC resources • Opening up new R&D venues • Simulation of regional climate changes; developments in agricultural meteorology • Integrity analysis, estimates of remaining lifetime of capital objects • Applications in physical and material sciences; biomed applications • Collaboration with industry Upcoming milestones • June 2009 Construction works finished • August 2009 1st National HPC conference • December 2009 First wave of procurement Промоција научног рада, Ниш

10. Granular materials (1) Large conglomerates of macroscopic inelastic particles Applications: Mining, Agriculture, Civil engineering, Chemical, Pharmaceutical... Goals • construct statistical and fluid descriptions of cooperative phenomena in the dynamics of powders • study relationship between the macroscopic behaviour of granular materials and their microstructures Recent results • S. B. Vrhovac, D. Arsenovic, and A. Belic, Phys. Rev. E 66, 051302 (2002). • S. B. Vrhovac and Z. M. Jaksic, J. Stat. Mech.: Theory and Experiment, P06008 (2004). • Lj. Budinski-Petkovic, M. Petkovic, Z. M. Jaksic, and S. B. Vrhovac, Phys. Rev. E 72, 046118 (2005). • Lj. Budinski-Petkovic, and S. B. Vrhovac, Eur. Phys. J. E 16, 89 (2005). • S. B. Vrhovac, Z. M. Jakšić, Lj. Budinski-Petković, and A. Belić, Eur. Phys. J. B 53, 225-232 (2006). • D. Arsenović, S. B. Vrhovac, Z. M. Jakšić, Lj. Budinski-Petković, and A. Belić, Phys. Rev. E 74, 061302-061302-14 (2006). • I. Lončarević, Lj. Budinski-Petković, and S. B. Vrhovac, Eur. Phys. J. E 24, 19-26 (2007). • I. Lončarević, Lj. Budinski-Petković, and S. B. Vrhovac, Phys. Rev. E 76, 031104-031104-9 (2007). • Lj. Budinski-Petković, I. Lončarević, and S. B. Vrhovac,Phys. Rev. E 78, 061603-061603-7 (2008). Промоција научног рада, Ниш

11. Granular materials (2) • Time evolution of the density during the compaction Промоција научног рада, Ниш

12. Granular materials (3) • Time dependence of the connectivity numbers Промоција научног рада, Ниш

13. Granular materials (4) • Evolution of a bridge Промоција научног рада, Ниш

14. Path integrals (1) • Most economical way to write down a quantum theory • Applications: physics, chemistry, materials • Goal: devise O(N-p) algorithm • Previous state of the art: O(N-4) for the trace and O(N-2) for amplitude • Tricks:use analytical information from generalized Euler summation formulainvent a set of effective actions S(p) with the same continuum limit Recent results: • A. Bogojevic, A. Balaz, and A. Belic, Phys. Rev. Lett. 94, 180403 (2005). • A. Bogojevic, A. Balaz, and A. Belic, Phys. Rev. B 72, 064302 (2005). • A. Bogojevic, A. Balaz, and A. Belic, Phys. Lett. A 344, 84-90 (2005). • A. Bogojevic, A. Balaz, and A. Belic, Phys. Lett. A 345, 258-264 (2005). • A. Bogojevic, A. Balaz, and A. Belic, Phys. Rev. E 72, 036128 (2005). • D. Stojiljković, A. Bogojević, and A. Balaž, Phys. Lett. A 360, 205-209 (2006). • J. Grujić, A. Bogojević, and A. Balaž, Phys. Lett. A 360, 217-223 (2006). • A. Bogojević, I. Vidanović, A. Balaž, and A. Belić,Phys Lett A 372, 3341-3349 (2008). Промоција научног рада, Ниш

15. Path integrals (2) • Descreete amplitudes for anharmonic oscilator Промоција научног рада, Ниш

16. Path integrals (3) • Deviations from the continuum limit Промоција научног рада, Ниш