天体物理学 > 天体物理学的仪器与方法
[提交于 2025年10月2日
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标题: cuHPX:HEALPix网格上的GPU加速可微分球谐变换
标题: cuHPX: GPU-Accelerated Differentiable Spherical Harmonic Transforms on HEALPix Grids
摘要: HEALPix(分层等面积等纬度像素化)是在天体物理学、宇宙学和地球科学中广泛采用的球面网格系统。 其等面积、等纬度的结构使其特别适合球面上的大规模数据分析。 然而,由于像素几何不规则、纬度依赖的对齐方式以及在大规模情况下对高分辨率变换的需求,实现在HEALPix网格上的高性能球谐变换(SHTs)仍然具有挑战性。 在本工作中,我们提出了cuHPX,这是一个优化的CUDA库,可在HEALPix网格上提供球谐分析及相关功能。 除了显著的性能提升,cuHPX确保了高数值精度,为与深度学习框架集成提供了解析梯度,实现了内存高效的外存优化,并支持HEALPix、等角和其他常见球面网格格式之间的灵活重采样。 通过评估,我们展示了cuHPX实现了快速谱收敛,并相比现有库提高了20倍以上的速度,同时保持数值一致性。 通过结合精度、可扩展性和可微性,cuHPX在气候科学、天体物理学和机器学习领域实现了广泛的应用,有效地将优化的GPU内核与科学工作流结合起来。
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