MilkyWay@Home — проект добровольных распределенных вычислений в области астрофизики, работающий на платформе BOINC. Цель проекта — попытка создания высокоточной трёхмерной динамической модели звёздных потоков в нашей Галактике — Млечный путь (англ. Milky Way), с помощью данных, собранных в ходе Слоановского цифрового обзора неба (англ. Sloan Digital Sky Survey, SDSS) и более раннего обзора 2MASS. В качестве второстепенной цели проект также занимается разработкой и оптимизацией алгоритмов распределённых вычислений. Проект был запущен в декабре 2007 г.^[1] кафедрами «Информатики и физики», «Прикладной физики» и «Астрономии» Политехнического института Ренсселира при поддержке Национального научного фонда США. Проект управляется группой, в которую входят такие учёные как Тревис Дезелл (англ. Travis Desell), Хейди Джо Ньюберг (англ.), Болеслав Шимански (англ.) и Карлос Варела (англ. Carlos Varela). По состоянию на 13 июля 2012 года в нём приняли участие 142 920 пользователей (281 689 компьютеров) из 204 стран, обеспечивая интегральную производительность в 493 терафлопс (в 2010 году производительность проекта составляла 1,45 петафлопс, что являлось сопоставимым с производительностью самых быстрых суперкомпьютеров^[2]). Участвовать в проекте может любой человек, обладающий подключённым к Интернет компьютером. Для этого необходимо установить на него программу BOINC Manager и подключиться к проекту MilkyWay@home.

Цели проекта

С середины 2009 года основной целью проекта стало моделирование звездного потока Стрельца, произошедшего из карликовой эллиптической галактики в созвездии Стрельца и частично пересекающегося с пространством, занимаемым нашей Галактикой. Поток имеет нестабильную орбиту и скорее всего образовался в результате действия приливных сил по мере сближения карликовой галактики с галактикой Млечный Путь. Изучение подобных звездных потоков и их динамики в перспективе может стать ключом к пониманию структуры, процесса формирования, эволюции и распределения гравитационного потенциала в Млечном Пути и других схожих галактиках, а также прояснить детали формирования приливных хвостов (англ.), возникающих при столкновении галактик. Кроме того, полученные результаты способны пролить свет на понимание явления темной материи, уточнение формы темного гало и его плотности. В процессе дальнейшего развития проекта планируется обратить внимание и на другие звездные потоки (на данный момент также построены модели потоков Сироты и GD-1^[3]).

Используя данные обзора SDSS, производится разделение неба на области шириной около 2,5 градуса (англ. wedge или stripe). Далее с использованием вероятностных методов производится извлечение первичной информации о приливных потоках (отделение звезд Галактики от звезд потока, выполняемое в расчетных заданиях типа «separation»). Затем производится формирование новой равномерно заполненной звездами области на основании информации о приливном потоке, причем поток в выбранной области условно считается цилиндрическим по форме, а распределение звезд в нем — гауссовым (звезды расположены чаще в средине, реже по краям)^[5]. Подобный подход вызван тем, что для звезд, образующих поток, известны координаты на небесной сфере, но неизвестно точное расстояние до каждой из них^[6]. Поток в каждой области характеризуется 6 параметрами:

•  — вес (процент звезд в потоке);
•  — угловое направление в пределах области (англ. angular position in the stripe);
• , и  — 3 пространственные координаты (два угла и радиальное расстояние от Земли);
•  — мера ширины (англ. measure of width).

Кроме того, каждая область также характеризуется двумя параметрами:

•  — мера плоскости галактического сфероида (англ. measure of the flatness of the spheroid);
•  — мера радиуса ядра галактического сфероида (англ. measure of the radius of the spheroid core).

Выбранная модель Галактики не является полной и теоретически может быть расширена за счет добавления параметров толстого диска и балджа, но в данных исследованиях этого не требуется, так как большинство звезд потоков находится за пределами плоскости Галактики. Кроме того, звезды потока и Галактики отличаются по цвету, благодаря чему последние могут быть заранее исключены из рассмотрения ^[6].

Таким образом, для расчета в каждой области необходимо отыскание значений параметров, где  — число потоков в области. Во время расчета сервер приложений отслеживает популяцию из наборов звезд в выбранной области, каждый из которых принадлежит к одной из возможных моделей Млечного Пути, с целью отыскания численных значений параметров, наиболее адекватно описывающих наблюдаемые данные, с использованием распределенных эволюционных алгоритмов (метод максимального правдоподобия, генетические алгоритмы, метод роя частиц, метод дифференциальной эволюции, марковские цепи и метод Монте-Карло (англ.), адаптированные для распределенных вычислений)^{[7][8][9][10][11][12]}.

Первой задачей в рамках проекта являлось более точное описание звездного потока Стрельца по сравнению с известными на тот момент, на что потребовалось несколько месяцев расчета с использованием грид^[13]. Далее аналогичным образом были построены модели других звездных потоков Сироты и GD-1^[3]. Затем Мэттом Ньюби (англ. Matt Newby) было проведено моделирования с целью отыскания значений двух параметров сфероида в пределах всего неба. На основании данных о распределении звезд в потоках выполняется моделирование динамики движения звезд в потоках (расчетные задания типа «n-body»).

В ближайшей перспективе результаты моделирования могут дать ответы на два основных вопроса, не имеющих на данный момент однозначного ответа: о расположении и направлении движения звездного потока Стрельца. Некоторые астрофизики полагают, что поток пройдет в непосредственной близости от нас; другие же уверены, что поток пройдет выше Солнца (в плоскости Галактики).

История развития проекта

Проект начал развиваться с 2007 года, в 2008 году стали доступны оптимизированные клиентские приложения для 32-битных и 64-битных операционных систем.

К середине 2009 года рабочие задания, направляемые клиентам требуется лишь 2—4 часа расчетов на современных процессорах, однако требуют их обработки в кратчайшие сроки (как правило, 3 дня). Это делает проект менее подходящим для компьютеров, не работающих круглосуточно или где пользователи не разрешили вычисление в фоновом режиме. В январе 2010 года deadline был увеличен до 8 дней^[14].

11 июня 2009 года были разработаны расчетные приложения с поддержкой технологии CUDA для графических процессоров Nvidia^{[источник не указан 94 дня]}. 13 января 2010 года была добавлена поддержка графических процессоров от ATI Technologies, что позволило существенно повысить интегральную производительность проекта^[15]. Например, задания, требующие 10 минут вычислений на графическом процессоре AMD HD3850 или 5 минут на AMD HD4850, вычисляются 6 часов на одном ядре процессора AMD Phenom II с частотой 2,8 ГГц. При этом от видеокарт требуется поддержка операций с плавающей точкой двойной точности.

Научные достижения

2010 год

• произведено моделирование динамики эволюции звездного потока Стрельца ^[13].

2011 год

• произведено моделирование динамики эволюции звездных потоков Стрельца, Сироты и GD-1 ^[3].

2012 год

• опубликованы результаты моделирования текущего положения потока Стрельца ^[16] и направления движения его отдельных компонентов ^[17].

См. также

• Добровольные вычисления
• BOINC
• Млечный путь
• Гравитационная задача N тел
• Звёздный поток

Примечания