De werelden van computergames en wetenschappelijk rekenwerk zijn elkaar weer dichter genaderd. De nieuwste grafische kaarten bieden voor een paar honderd euro serieuze mogelijkheden voor interactieve simulaties.
Schitterende reflecties, bewegende schaduwen, ineenstortende gebouwen met rondvliegend glas en vooral veel vuur, water en rook. Dat is wat spelontwikkelaars hun gamers willen bieden. In hoge scherpte, met vloeiende bewegingen en levensechte kleuren. Die competitieve druk heeft tot grafische kaarten geleid die zo ongekend snel en krachtig zijn, dat ze ook voor andere, meer serieuze toepassingen geschikt zijn. Aldus ir. Frits Post en ir. Gerwin de Haan van de computer graphics-groep van Elektrotechniek, Wiskunde en Informatica (EWI).
Vorige week kwam een clubje ingewijden bij elkaar op een bijeenkomst georganiseerd door het Amsterdamse Centrum voor Wiskunde en Informatica en het Delft Centre for Computational Science and Engineering om de nieuwste ontwikkelingen GPU’s (graphic processing units) te bespreken.
Post en De Haan voorzien een verandering in de manier van werken op allerlei technisch-wetenschappelijke gebieden. Denk aan stromingsleer, weeronderzoek, mechanica en akoestiek. Grote rekenklussen in deze vakgebieden betekenden tot nu toe: tijd reserveren op een externe supercomputer, die voorzien van data, na afloop de uitkomsten ophalen (fysiek of downloaden) en ze dan verwerken tot een interpreteerbaar resultaat.
Dat is binnenkort afgelopen, denken de computerdeskundigen. De moderne grafische kaart die door de spelletjesindustrie is ontwikkeld, zal simulatie en visualisatie tot een interactief geheel maken.
Veel is er niet voor nodig, zegt De Haan. Een moderne grafische kaart kost zo’n vijfhonderd euro en bevat een gigabyte aan ultrasnel geheugen dat zowat op de processoren zit. Dat betekent een onvoorstelbare rekenkracht. Hun collega Eric Griffith (EWI) deed in samenwerking met de groep van dr. Harm Jonker van Technische Natuurwetenschappen een vergelijkende test waarin het ontstaan van stapelwolken werd berekend. Hierbij versloeg de grafische kaart 32 samenwerkende nodes (processors) van de supercomputer bij het Amsterdamse rekencentrum Sara. Maar het is de eliminatie van datatransport die voor de echte tijdswinst zorgt.
Moderne grafische kaarten ontlenen hun kracht aan veel eenvoudige processors, soms wel 250 stuks. Grafische processors zijn eenvoudiger dan die van gewone of supercomputers die veel verschillende operaties uit kunnen voeren en gegevens uit het geheugen halen en weer terug zetten. Grafische units hoeven alleen maar de kleur van ieder beeldpunt te kunnen berekenen, een taak die makkelijk op te splitsen is. “Zo’n eenheid kan niet veel”, van De Haan samen, “maar wel gestroomlijnd omgaan met textuur en geometrie. Met 250 eenheden tegelijk vullen ze het hele beeld.”
Maar wetenschappelijke simulaties zijn vaak ingewikkelder dan dat en vereisen bijvoorbeeld het oplossen van differentiaalvergelijkingen. Nu is er software ontwikkeld die ingewikkelde berekeningen onder weet te brengen op simpele processors. Frits Post: “De software Cuda hakt het rekenwerk op in kleine tussenstappen. Je ziet er niets van, maar onder water wordt de berekening opgedeeld in deelprocessen.” Daarmee is het mogelijk geworden om algemene bewerkingen door (snelle) grafische processors uit te laten voeren.
Wat gaat die goedkope rekenkracht betekenen voor wetenschappelijk onderzoek? “Dat proberen we net te begrijpen”, zegt Post. Hij denkt dat de toepassing niet tot simulaties beperkt blijven, maar ook online verwerking van meetgegevens mogelijk maken en de combinatie van meetgegevens en voorspellende simulaties, zoals in het project flood control room 2015 voorzien wordt voor overstromingsmanagement.
Zijn collega De Haan verwacht een omslag in de manier van werken: “Je zult sneller prototypes kunnen maken en je ziet ook sneller wat werkt. De mislukkingen zie je nooit terug in een publicatie, maar ze zijn er altijd. Nu herkent een onderzoeker ze sneller.”
Achteraf beschouwd vind Post het niet eens zo gek dat een gamecard ook serieus fysisch werk kan doen: “Effecten in games imiteren de werkelijkheid zo realistisch, dat het geen wonder is dat de wetenschap er ook de werkelijkheid mee kan simuleren.”
Helaas geen internet versie van de rubriek mededelingen deze week in delta-online.
Comments are closed.