Физики из ОИВТ РАН, НИУ ВШЭ и МФТИ разработали открытый код OpenDust, который впервые в мире позволяет моделировать движение микрочастиц конденсированного состояния в плазменном потоке. OpenDust оптимизирован под использование графических процессоров и за счет этого позволяет значительно ускорить расчет сил, действующих на микрочастицы, в десятки раз опережая существующие аналоги.
Российские ученые представили новое решение для моделирования движения микрочастиц в потоке плазмы / ©Getty images
Статья с результатами исследования опубликована в журнале Computer Physics Communications. Исследование поддержано грантом РНФ. Понимание механизмов взаимодействия плазмы и микрочастиц конденсированного состояния важно для многих областей, включая астрофизику, микроэлектронику и плазменную медицину. Часто для экспериментального изучения взаимодействия плазмы с микрочастицами их помещают в поток плазмы газового разряда. Для более точного понимания процессов, происходящих в таких системах, ученым требуются быстрые и эффективные инструменты для расчета сил, действующих на микрочастицы в потоке плазмы.
Обычно для расчетов исследователям приходится самостоятельно разрабатывать программы под конкретную задачу, что требует много времени и ресурсов. В существующих программах с открытым исходным кодом часто возникают сложности с установкой, документацией и низкой скоростью работы. Команда ученых из Объединенного института высоких температур РАН, Московского института электроники и математики НИУ ВШЭ и Московского физико-технического института решила разработать новое решение, которое бы дало сообществу доступ к простому в установке, хорошо документированному и быстрому инструменту.
Ученые разработали программу OpenDust, которая работает в десятки раз быстрее других программ. Для ускорения расчетов она использует сразу несколько графических процессоров. Кроме того, OpenDust — это программа с открытым исходным кодом, легкая в установке и использовании.
«OpenDust имеет гибкий и дружелюбный к пользователю интерфейс, написанный на языке Python. Пользователь может задавать параметры моделируемой системы, а также конфигурацию используемых вычислительных ресурсов. Например, можно установить скорость потока плазмы и определить количество графических ускорителей, на которых будет проводиться расчет. Бэкенд, серверная часть продукта, отвечающая за внутреннюю логику и работу всей системы, оптимизирован под высоконагруженные вычисления и использует несколько графических процессоров. Это позволяет значительно увеличить скорость расчета и обрабатывать гораздо большие объемы данных», — рассказывает соавтор исследования и разработчик OpenDust, младший научный сотрудник ОИВТ РАН Даниил Колотинский.
Программа способна моделировать динамику плазмы вокруг системы микрочастиц конденсированного состояния. С ее помощью ученые могут изучать сложные физические явления в комплексной плазме, включая эффекты самоорганизации и развитие неустойчивостей. Она может быть использована в различных областях науки и промышленности, включая моделирование процессов очищения плазмы в промышленных машинах для плазменной литографии, исследование систем активных частиц.
