Исследователи из Университета Шэньчжэнь МГУ-ПИТ, совместного проекта Московского государственного университета имени М. В. Ломоносова и Пекинского технологического института, как сообщается, разработали новый вычислительный алгоритм, который может значительно повысить эффективность перидинамики (ПД), нелокальной теории, используемой для моделирования трещин и повреждений материалов. Новый метод увеличивает производительность до 800 раз, значительно повышая скорость моделирования материалов.
Перидинамика широко используется для прогнозирования разрушения материалов в аэрокосмической, гражданской и военной сферах. Однако традиционное моделирование требует значительных вычислительных ресурсов, что делает крупномасштабные исследования медленными и непрактичными. Доцент Ян Ян с командой решили эту проблему, используя технологию CUDA от Nvidia для оптимизации проектирования алгоритмов и управления памятью.
Их фреймворк PD-General достиг прироста скорости до 800 раз на графических картах Nvidia RTX 4070 по сравнению с традиционными последовательными программами и в 100 раз более высокой производительности, чем параллельные программы на основе OpenMP. В крупномасштабных симуляциях с миллионами частиц система завершила 4000 итерационных шагов за пять минут. Для крупномасштабных двумерных одноосных задач растяжения она обработала 69,85 миллиона итераций менее чем за две минуты с использованием одинарной точности.
Повышенная вычислительная эффективность означает, что исследователи теперь могут проводить симуляции на потребительских графических процессорах вместо того, чтобы полагаться на дорогостоящие высокопроизводительные вычислительные кластеры из профессиональных ускорителей. Это имеет широкие последствия для отраслей, требующих детального анализа материалов, включая:
Авиакосмическая и оборонная промышленность: улучшенное моделирование напряжений материалов и отказов в конструкциях самолетов.
Инженерное дело и производство: более эффективное тестирование материалов для строительства и промышленного применения.
Военные исследования: более быстрая разработка ударопрочных материалов для оборонных систем.
Возможность достижения высокопроизводительных симуляций на широкодоступных графических процессорах также снижает зависимость от ограниченных иностранных технологий. Учитывая текущие торговые ограничения и санкции, этот прорыв позволяет Китаю и России потенциально продвигать исследования, не завися от высокопроизводительного вычислительного оборудования из западных стран.
Новая разработка также знаменует собой значительный шаг в вычислительной механике, позволяя проводить более быстрые и доступные симуляции для материаловедения, инженерии и оборонных приложений. Исследование было опубликовано в китайском журнале Computational Mechanics 8 января 2025 года, и исследовательская группа считает, что эта оптимизация может выйти за рамки перидинамики, улучшив производительность GPU для других научных вычислений.
