近日，一項(xiàng)由中國(guó)科研團(tuán)隊(duì)帶來(lái)的創(chuàng)新成果震驚了科學(xué)計(jì)算領(lǐng)域。深圳北理莫斯科大學(xué)的研究人員成功研發(fā)出一種高性能算法，該算法能夠顯著提升NVIDIA消費(fèi)級(jí)GPU在科學(xué)計(jì)算方面的表現(xiàn)，其性能提升幅度竟高達(dá)800倍。
深圳北理莫斯科大學(xué)，這所由北京理工大學(xué)與莫斯科國(guó)立羅蒙諾索夫大學(xué)強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合創(chuàng)辦的學(xué)府，再次展現(xiàn)了其在科研領(lǐng)域的強(qiáng)大實(shí)力。此次研發(fā)的算法，主要聚焦于增強(qiáng)近場(chǎng)動(dòng)力學(xué)（Peridynamics）的計(jì)算效率。近場(chǎng)動(dòng)力學(xué)作為一種前沿的非局部理論，在解決材料斷裂、損壞等復(fù)雜物理問(wèn)題上具有顯著優(yōu)勢(shì)，廣泛應(yīng)用于航空、工程、軍事等多個(gè)重要領(lǐng)域。
然而，近場(chǎng)動(dòng)力學(xué)的計(jì)算過(guò)程極為復(fù)雜，傳統(tǒng)模擬方法往往難以滿足高效計(jì)算的需求。針對(duì)這一難題，深圳北理莫斯科大學(xué)團(tuán)隊(duì)基于NVIDIA CUDA編程技術(shù)，精心打造了全新的PD-General框架。該框架通過(guò)優(yōu)化算法設(shè)計(jì)和內(nèi)存管理，充分發(fā)掘了GPU的大規(guī)模并行計(jì)算能力，實(shí)現(xiàn)了計(jì)算效率的質(zhì)的飛躍。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，在普通的RTX 4070顯卡上，新算法的表現(xiàn)令人驚嘆。與傳統(tǒng)串行算法相比，其速度提升了800倍；即使與新的OpenMP并行算法相比，也實(shí)現(xiàn)了100倍的性能提升。在涉及上百萬(wàn)粒子的大規(guī)模模擬中，新算法完成4000步迭代所需的時(shí)間僅需不到5分鐘。而在大規(guī)模2D單軸拉伸問(wèn)題中，新算法更是以不到2分鐘的時(shí)間，完成了695萬(wàn)次單精度迭代。
新算法的應(yīng)用前景極為廣闊。在航空與國(guó)防領(lǐng)域，它可以改進(jìn)航空器結(jié)構(gòu)材料的應(yīng)力與失效模型，提升飛行器的安全性和可靠性。在工程與制造領(lǐng)域，新算法能夠顯著提高建筑與工業(yè)材料測(cè)試的效率，降低研發(fā)成本。在軍事研究領(lǐng)域，新算法還能加快防御性材料的抗沖擊研究，為國(guó)防事業(yè)貢獻(xiàn)力量。
尤為這一算法并不依賴于高性能的GPU芯片，因此不會(huì)受到美國(guó)制裁的限制。普通消費(fèi)級(jí)家用GPU即可滿足其運(yùn)行需求，這無(wú)疑為更廣泛的應(yīng)用提供了可能。如果未來(lái)能夠進(jìn)一步遷移支持國(guó)產(chǎn)GPU硬件，那么新算法的性能和應(yīng)用范圍無(wú)疑將得到進(jìn)一步提升。
此次中國(guó)科研團(tuán)隊(duì)的創(chuàng)新成果，不僅彰顯了我國(guó)在高性能計(jì)算領(lǐng)域的實(shí)力，更為全球科學(xué)計(jì)算領(lǐng)域的發(fā)展注入了新的活力。我們有理由相信，在不久的將來(lái)，這一算法將在更多領(lǐng)域發(fā)揮重要作用，為人類社會(huì)的進(jìn)步貢獻(xiàn)力量。
