Chinesischer Algorithmus kann Nvidia-GPUs um das 800-fache beschleunigen

Der neue Algorithmus der Wissenschaftler soll dazu beitragen, die Effizienz der Peridynamik (PD) zu verbessern – einer nichtlokalen Methode zur Modellierung von Rissen und Schäden in Materialien. Diese neue Methode kann die Simulationsleistung um das bis zu 800-fache steigern und dadurch die Simulationsgeschwindigkeit für großflächige Materialien deutlich verbessern.

Neuer Algorithmus ermöglicht bis zu 800-fache Leistungssteigerung beliebter GPUs von Nvidia

Die Peridynamik wird heute in Bereichen wie der Luft- und Raumfahrt sowie dem Bau- und Militäringenieurwesen häufig zur Vorhersage von Materialversagen eingesetzt. Allerdings erfordern herkömmliche Peridynamik-Simulationen oft einen hohen Rechenaufwand, was groß angelegte Studien langsam und unpraktisch macht.

Bahnbrechende algorithmische Lösungen

Nun haben Associate Professor Yang Yang und ihr Forschungsteam das Problem gelöst, indem sie die CUDA-Technologie von Nvidia anwendeten, um das Algorithmusdesign und die Speicherverwaltung zu optimieren. Das von ihnen entwickelte PD-General-Framework erreicht auf Nvidia RTX 4070-Grafikkarten (GPUs) eine bis zu 800-fache Beschleunigung im Vergleich zu herkömmlichen sequentiellen Methoden und ist zudem 100-mal schneller als OpenMP-basierte parallele Programme. Bei groß angelegten Simulationen mit Millionen von Partikeln kann dieser Algorithmus 4.000 Iterationen in nur 5 Minuten abschließen. Insbesondere bei groß angelegten Problemen ist die Verarbeitungsgeschwindigkeit nicht nur schneller, sondern auch genauer als beim herkömmlichen Modell.

Diese Verbesserung der Rechenleistung ermöglicht es Forschern, Simulationen auf GPUs der Verbraucherklasse durchzuführen, anstatt auf teure und leistungsstarke Computercluster angewiesen zu sein. Dies hat wichtige Auswirkungen auf Branchen, die detaillierte Materialanalysen erfordern, darunter die Luft- und Raumfahrt, der Maschinenbau und die Fertigung sowie die militärische Forschung.

Die Möglichkeit, Hochleistungssimulationen auf gängigen GPUs durchzuführen, verringert auch die Abhängigkeit von externer Technologie, insbesondere im aktuellen Klima der Sanktionen und Handelsbeschränkungen. Der Durchbruch ermöglicht es China und Russland, die Forschung voranzutreiben, ohne auf High-End-Computerhardware aus westlichen Ländern angewiesen zu sein.

Die Forschungsergebnisse wurden am 8. Januar 2025 im Chinese Journal of Computational Mechanics veröffentlicht und das Team ist davon überzeugt, dass dieser Optimierungsprozess über die Dynamik hinaus erweitert werden kann, wodurch die GPU-Leistung für andere wissenschaftliche Berechnungen verbessert wird.

Quelle: https://thanhnien.vn/thuat-toan-trung-quoc-co-the-tang-toc-gpu-nvidia-len-800-lan-185250205231104787.htm