apresentacao simução de n-corpos

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O Problema de N-Corpos Aplica¸ ao Desempenho O Problema de N-Corpos Vitor Gomes Amar´ ısio Ara´ ujo Reinaldo R. Rosa LAC - Laborat´orio Associado de Computa¸ ao e Matem´ atica Aplicada INPE - Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais 1 / 19

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Apresentação sobre simulação de N-Corpos feita para a Disciplina Tópicos Avançados de C&T.

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Page 1: Apresentacao Simução de N-Corpos

O Problema de N-CorposAplicacao

Desempenho

O Problema de N-Corpos

Vitor Gomes Amarısio Araujo Reinaldo R. Rosa

LAC - Laboratorio Associado de Computacao e Matematica AplicadaINPE - Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais

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Page 2: Apresentacao Simução de N-Corpos

O Problema de N-CorposAplicacao

Desempenho

EnunciadoSistemas (Astro)fısicosFormulacao MatematicaResolucao Numerica

O Problema dos N-CorposEnunciado

Consideremos um sistema com N

massas pontuais com posicoes evelocidades conhecidas num certoinstante t0

As massas interagem de acordo coma Lei de Newton

Quais sao as posicoes e as velocidades de cada massa num instantearbitrario t?

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Page 3: Apresentacao Simução de N-Corpos

O Problema de N-CorposAplicacao

Desempenho

EnunciadoSistemas (Astro)fısicosFormulacao MatematicaResolucao Numerica

O Problema dos N-CorposSistemas (Astro)fısicos

Mecanica Celeste (N < 10)

”Desenho”de trajetorias

Dinamica Estelar (N > 10)

M15 - Enxame Globularhttp://www.seds.org

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Page 4: Apresentacao Simução de N-Corpos

O Problema de N-CorposAplicacao

Desempenho

EnunciadoSistemas (Astro)fısicosFormulacao MatematicaResolucao Numerica

O Problema dos N-CorposFormulacao Matematica

Lei de Newton de Gravitacao para um Sistema de Partıculas

Sistema de 3N equacoes diferenciais de 2aordem

mi~r =N∑

j=1,j 6=i

Gmimj

||~rj − ~ri ||3(~rj − ~ri) i = 1, . . . ,N

Sistema de 6N equacoes diferenciais de 1aordem

~ri = ~vi , ~vi =

N∑

j=1,j 6=i

Gmimj

||~rj − ~ri ||3(~rj − ~ri) i = 1, . . . ,N

Aproximacoes

Massas pontuais Dinamica de Newton

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Page 5: Apresentacao Simução de N-Corpos

O Problema de N-CorposAplicacao

Desempenho

EnunciadoSistemas (Astro)fısicosFormulacao MatematicaResolucao Numerica

O Problema dos N-CorposIntegrabilidade & Singularidades

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Page 6: Apresentacao Simução de N-Corpos

O Problema de N-CorposAplicacao

Desempenho

EnunciadoSistemas (Astro)fısicosFormulacao MatematicaResolucao Numerica

O Problema dos N-CorposResolucao Numerica: Sistemas (Astro)Fısicos

Numero de partıculas do sistema

esforco computacionalestrutura de dados

Dinamica que se pretende reproduzir

resolucao espacialrelevancia das colisoes

Processos/Caracterısticas a considerar:

perda de massa por evolucao estelarespectro de massaformacao de binarioscampo externoetc...

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Page 7: Apresentacao Simução de N-Corpos

O Problema de N-CorposAplicacao

Desempenho

EnunciadoSistemas (Astro)fısicosFormulacao MatematicaResolucao Numerica

O Problema dos N-CorposResolucao Numerica: Abordagens

Sistemas colisionais

M8 Enxame Aberto NGC6530http://www.seds.org

Sistemas nao-colisionais

M31 Andromeda (M32 M110)http://www.seds.org

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Page 8: Apresentacao Simução de N-Corpos

O Problema de N-CorposAplicacao

Desempenho

EnunciadoSistemas (Astro)fısicosFormulacao MatematicaResolucao Numerica

O Problema dos N-CorposResolucao Numerica: Metodos/Modelos

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Page 9: Apresentacao Simução de N-Corpos

O Problema de N-CorposAplicacao

Desempenho

EnunciadoSistemas (Astro)fısicosFormulacao MatematicaResolucao Numerica

O Problema dos N-CorposResolucao Numerica: Metodo PP

Resolucao Espacial:

nao se introduz qualquer discretizacao do espaco

Precisao Numerica

interacao ”todos-com-todos”

Algoritmo

Acumular forcas, encontrando a forca Fij da partıcula j sobre apartıcula i;

Integrar equacoes do movimento (no caso, metodo de Euler);

Atualizar o contador de tempo e

Repetir o procedimento para o proximo passo de tempo.

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Page 10: Apresentacao Simução de N-Corpos

O Problema de N-CorposAplicacao

Desempenho

AplicacaoVisualizadorSimulador

AplicacaoSimulacao N-Corpos

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Page 11: Apresentacao Simução de N-Corpos

O Problema de N-CorposAplicacao

Desempenho

AplicacaoVisualizadorSimulador

AplicacaoSimulacao N-Corpos

Simulador

Visualizador

Integracao

Gerador

E/S: Matlab/Octave

Multicore

OpenMP

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Page 12: Apresentacao Simução de N-Corpos

O Problema de N-CorposAplicacao

Desempenho

AplicacaoVisualizadorSimulador

VisualizadorSimulacao N-Corpos

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Page 13: Apresentacao Simução de N-Corpos

O Problema de N-CorposAplicacao

Desempenho

AplicacaoVisualizadorSimulador

VisualizadorSimulacao N-Corpos

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Page 14: Apresentacao Simução de N-Corpos

O Problema de N-CorposAplicacao

Desempenho

AplicacaoVisualizadorSimulador

SimuladorSimulacao N-Corpos

Verificar propriedades de turbulenciaPropriedades normalizadas

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Page 15: Apresentacao Simução de N-Corpos

O Problema de N-CorposAplicacao

DesempenhoDesempenho

DesempenhoSimulacao N-Corpos

Tabela: Tempos de Execucao do Simulador - 1000 iteracoes

Threads5.000 partıculas 10.000 partıculas

Tempo (s) Speedup Tempo (s) Speedup

1 837, 34 1, 00 3349, 59 1, 004 186, 38 4, 49 741, 89 4, 518 97, 89 8, 55 387, 75 8, 6416 96, 65 8, 66 384, 89 8, 70

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Page 16: Apresentacao Simução de N-Corpos

O Problema de N-CorposAplicacao

DesempenhoDesempenho

DesempenhoSimulacao N-Corpos

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Page 17: Apresentacao Simução de N-Corpos

O Problema de N-CorposAplicacao

DesempenhoDesempenho

DesempenhoSimulacao N-Corpos

Tabela: Tempos de Execucao do Simulador - 1000 iteracoes

PartıculasTempo

Medido Estimado

100 0, 13s 0, 14s1.000 4, 33s 9, 02s

10.000 384, 89s 589, 22s100.000 38.479, 67s 38.476, 74s

1.000.000 – 2.512.559, 34s10.000.000 – 164.071.987, 48s

100.000.000 – 10.714.022.423, 24s1.000.000.000 – 699.633.607.472, 97s

106 : partıculas: 29 dias109 : partıculas: 221 seculos

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Page 18: Apresentacao Simução de N-Corpos

O Problema de N-CorposAplicacao

DesempenhoDesempenho

Projeto GRAPE

GRAPE: GRAvityPipE: TokioUniversity (Makino et al.)

Processador Pipeline projetadoespecialmente para calcular a forcagravitacional Newtoniana entre

partıculas

GRAPE 6: 2048 processadores -64TFlops

Tendencia: Uso de GPGPUs

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Page 19: Apresentacao Simução de N-Corpos

O Problema de N-CorposAplicacao

DesempenhoDesempenho

O Problema de N-Corpos

Vitor Gomes Amarısio Araujo Reinaldo R. Rosa

LAC - Laboratorio Associado de Computacao e Matematica AplicadaINPE - Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais

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