GPU-ускоренные экологические модели обгоняют суперкомпьютеры

Аспирант разработал игровую технологию, запускающую сложные симуляции на GPU.

Симуляция включает столкновение гигантских океанических волн с ветряками в открытом море.

Симуляция разрыва плотины на GPU работала до 4,5 раз быстрее, чем на 16-потоковом CPU.

Какая симуляция была выполнена?

Чоу разработал программное обеспечение, которое может создавать большие симуляции 격렬한 потоков жидкости на мощных видеокартах. Симуляция включает разбивание гигантских океанических волн о ветряки в открытом море, чтобы лучше изучить силы (включая потенциал удара), воздействующие на структуры.

Как он это сделал?

Программное обеспечение разработано с использованием открытого исходного кода под названием DualSPhysics, основанного на модели сглаженной частичной гидродинамики (SPH). Код позволяет запускать сложные симуляции (например, жесткие гидродинамические потоки) на GPU. Он может обрабатывать вычисления миллионов точек данных для 3D-научных приложений на одном устройстве.

Для Чоу самым сложным было решение математических систем миллионов уравнений одновременно, которые быстро меняются в ходе симуляции.

Технические детали

Несжимаемая SPH выполняется путем оптимизации слабо-сжимаемого кода SPH и интеграции его с ViennaCL (библиотека открытой линейной алгебры) для быстрой реализации уравнения Пуассона для давления (PPE).

Матрица PPE создается для движущихся частиц на определенных интервалах, чтобы оптимизировать ограниченную память GPU. Алгоритм проекции давления несжимаемой SPH выполняется на 4 разных уровнях. Также устанавливается точное и надежное граничное условие для эффективной параллельной обработки.

Множество валидационных случаев показаны в этом исследовании для демонстрации точности, скорости и гибкости технологии. Например, симуляция разрыва плотины на GPU работала до 4,5 раз и 18 раз быстрее, чем на 16-потоковом и однопоточном CPU соответственно.

Как эта симуляция может помочь?

Великобритания производит 5% годовой электроэнергии от ветра в открытом море, что ожидается вырастет до 10% в ближайшие 2 года, и это растет во всем мире.

Иногда океанская среда чрезвычайно сурова и жестока, поэтому разработка структур для них не легка. Физические эксперименты в таких средах были бы очень дорогими и долгими, или можно сказать, непрактичными.

Эти симуляции помогут ученым и инженерам принимать критические шаги и решения о дизайне структуры и промышленных приложениях гидродинамики свободной поверхности, не вкладываясь в дорогие эксперименты.