Исследователи Университетом науки и технологий короля Абдаллы (KAUST) в Саудовской Аравии разработали новый способ моделирования, добившись более чем десятикратного увеличения скорости расчетов течения вязких жидкостей по сравнению с прежними возможностями технологий. Об этом сообщает портал TechXplore. Перевод основных положений публикации представлен изданием discover24.ru.
Моделирование поведения различных жидкостей важно для широкого круга приложений, от промышленных процессов и медицинских устройств до компьютерной графики и визуального моделирования. Однако, несмотря на многолетние исследования физики этого процесса, в целом известной уже более 100 лет, возможность точного моделирования потока жидкости остается одним из самых сложных вычислительных аспектов создания цифровых копий реального мира.
Это связано с тем, что течение и поведение жидкостей определяются как воздействием внешнего давления, так и (в случае густых вязких жидкостей) значительно зависят от свойств внутреннего сопротивления потоку. Точное вычисление этих сложных и изменяющихся во времени распределений сил требует больших вычислительных ресурсов, поэтому было разработано множество схем оптимизации для ускорения этого вычислений – но за счет точности.
Теперь исследователи из KAUST Хань Шао, Либо Хуанг и Доминик Михелс совершили значительный прорыв в скорости вычислений для вязких жидкостей, объединив эффективную математику с низкоуровневыми параллельными вычислительными возможностями современных компьютерных процессоров.
«Моделирование гидродинамики было вечно актуальной темой в исследованиях с применением компьютерной техники на протяжении многих лет, и существующие методы по-прежнему имеют большой потенциал для повышения производительности. В нашем исследовании предложен метод на основе сложную многосеточную структуру, которая полностью использует современные функции центрального процессора (ЦП) и вводит новые численные методы», – пояснил Шао.
Исследовательская группа начала с идеи о том, что можно использовать более эффективные математические методы для фундаментальных матрично-векторных расчетов, необходимых для расчета распределения давления в жидкости, а также для упрощения расчета тривиальных значений на границе жидкости.
По сути, исследователи смогли показать, что, когда многие значения в матрицах одинаковы, как в случае объема вязкой жидкости, можно использовать один расчет для многих элементов, что позволяет пропустить многие расчеты.
Затем команда использовала синергию объединения своего эффективного матрично-векторного кода вычисления с возможностями современных ЦП с одной инструкцией и несколькими данными (SIMD), что позволяет применять одну и ту же операцию ко многим входным данным одновременно. Это позволило создать новый подход к расчетам, который оказался способен смоделировать динамические свойства вязких жидкостей до 15 раз быстрее, чем текущий уровень техники (физический движок Houdini).
«Наша структура может быть немедленно использована промышленными пользователями для более быстрого моделирования с использованием кода, открытого для доступа на веб-сайте нашего проекта», – отметил Шао.