В Санкт-Петербургском государственном электротехническом университете «ЛЭТИ» разработан программный комплекс, предназначенный для интерактивного изучения нелинейных динамических систем. Инструмент CUDAynamics создан в Лаборатории нелинейной динамики и нейроморфных систем Молодежного НИИ вуза.
В современных научных и инженерных задачах все чаще встречаются системы, поведение которых сложно прогнозировать традиционными методами. В отличие от линейных процессов, где результат пропорционален воздействию, в нелинейных системах даже малое изменение параметров может привести к качественному изменению режима работы. Такие эффекты наблюдаются в климатологии, космической механике, при проектировании электронных схем, лазерных установок, а также в биологических и нейросетевых моделях.
Для анализа подобных систем требуются значительные вычислительные ресурсы и специальное программное обеспечение. Однако многие существующие решения ориентированы преимущественно на длительные расчеты с последующей обработкой данных. Новый комплекс, напротив, позволяет исследователю в реальном времени менять параметры модели, методы интегрирования и условия симуляции, сразу наблюдая за реакцией системы на фазовых диаграммах и параметрических графиках.
CUDAynamics представляет собой модульную среду, в которой высокопроизводительные вычисления на графических процессорах с использованием технологии NVIDIA CUDA объединены с интерактивным интерфейсом, построенным на библиотеках Dear ImGui и ImPlot. Программа включает более 30 известных математических моделей нелинейной динамики и нейроморфных систем, а также несколько численных методов интегрирования — от явного метода Эйлера до схемы Дорманда—Принса 8-го порядка.
В рамках демонстрации возможностей разработки ученые ЛЭТИ провели исследование модели, сочетающей свойства сверхпроводящего контакта Джозефсона и мемристора.
По словам разработчиков, представленный инструмент может применяться для проектирования мемристивных нейронов и синапсов в системах искусственного интеллекта, позволяя моделировать их динамику в режимах, близких к биологическим аналогам. Кроме того, интерактивный интерфейс снижает барьер входа для студентов и исследователей, не имеющих углубленной подготовки в области параллельного программирования, делая современные вычислительные методы более доступными для образовательных и научных задач.