گروهی از محققان چینی با یک الگوریتم جدید، موفق به توسعه روشی شدهاند که میتواند عملکرد پردازندههای گرافیکی را تا ۸۰۰ برابر سریعتر کند. این الگوریتم که در شبیهسازی شکست و آسیب مواد به کار میرود، میتواند محاسبات پیچیده را در زمانی باورنکردنی انجام دهد. آیا این فناوری میتواند تعریف جدیدی از قدرت پردازش ارائه و مسیر تحقیقات علمی را متحول کند؟
دنیای اطراف ما پر از فناوریهایی است که قبل از ساخته شدن، باید در محیطهای شبیه سازیشده آزمایش شوند. طراحی پلها و آسمانخراشهای مقاوم در برابر زلزله، بررسی نحوه عملکرد مواد در موتورهای جت و سیستمهای موجود در صنایع نظامی، همگی اینها نیاز به مدلسازیهای پیچیده دارند. اما این مدلسازیها یک مشکل بزرگ دارند: اجرای این شبیهسازیها به قدری زمانبر و پرهزینه است که در مقیاسهای بزرگ، عملاً غیرقابل اجرا میشوند.
روش پریدینامیک (Peridynamics - PD) یکی از پرکاربردترین تکنیکها در این زمینه است. این مدلسازی برای تحلیل شکست مواد مورد استفاده قرار میگیرد اما محاسبات آن آنقدر سنگین است که اجرای شبیه سازیهای بزرگمقیاس، هفتهها و حتی ماهها زمان میبرد. با توجه به این چالش، دانشمندان به دنبال روشهایی برای افزایش سرعت این پردازشها بودهاند، اما تاکنون هیچ راهکاری که بتواند چنین جهشی در عملکرد ایجاد کند، وجود نداشته است.
حالا محققان چینی دانشگاه Shenzhen MSU-BIT (با همکاری بین دانشگاه دولتی مسکو و موسسه فناوی پکن) این معادلات را تغییر دادهاند. به نظر میرسد با الگوریتم جدید، طوفان بزرگی در دنیای شبیه سازی به راه بیفتد.
انقلاب چینیها در پردازشهای سنگین
بنابر گزارش Tam's Hardware، تیم مذکور، به رهبری پرفسور یانگ یانگ، با درک عمیق از معماری هستههای پردازش گرافیکی CUDA انویدیا، طراحی الگوریتم و مدیریت حافظه آن را بهینهسازی کردهاند. نتیجه این تلاشها، توسعه چارچوبی جدید به نامPD-General بود که توانسته تحولی چشمگیر در پردازشهای سنگین ایجاد کند.
محققان با این الگوریتم جدید، به عملکردی دست یافتهاند که تا پیش از این غیرقابل تصور بود. آنها موفق شدهاند مدلسازی مواد را تا ۸۰۰ برابر سریعتر از روشهای سنتی انجام دهند. اما این افزایش سرعت دقیقاً چگونه است؟ بیایید با مثالهایی سادهتر آن را بررسی کنیم:
- ۸۰۰ برابر سریعتر از روشهای قدیمی: تصور کنید کاری که قبلاً ۸۰۰ ساعت (یعنی بیش از یک ماه) طول میکشید، حالا تنها در یک ساعت انجام شود.
- ۱۰۰ برابر سریعتر از برنامههای موازی سنتی: حتی در مقایسه با روشهای مدرنتر مثل OpenMP (که خودش روشی پیشرفته برای پردازش موازی است)، این الگوریتم ۱۰۰ برابر سریعتر عمل میکند. این یعنی محاسباتی که قبلاً چند روز طول میکشید، حالا ظرف چند دقیقه قابل انجام است.
- ۴,۰۰۰ مرحله پردازشی تنها در ۵ دقیقه: برای مدلسازیهای بزرگ که شامل میلیونها ذره هستند، الگوریتم جدید میتواند ۴,۰۰۰ مرحله از شبیهسازی را در عرض ۵ دقیقه اجرا کند. در حالی که روشهای قبلی چندین ساعت یا حتی روزها برای این مقدار پردازش زمان نیاز داشتند.
- تقریباً ۷۰ میلیون محاسبه در کمتر از ۲ دقیقه: در آزمایشهای انجامشده، این سیستم توانست ۶۹.۸۵ میلیون تکرار محاسباتی را در کمتر از ۲ دقیقه انجام دهد. این یعنی تحلیل و بررسی دقیق مواد در مقیاسی که پیش از این غیرممکن به نظر میرسید!
دسترسی گستردهتر به پردازشهای پیشرفته
همانطور که تا به حال متوجه شدهاید، یکی از مهمترین نتایج این پیشرفت، افزایش چشمگیر سرعت محاسباتی است. این قابلیت که به محققان اجازه میدهد شبیهسازیهای پیچیده را با استفاده از کارتهای گرافیکی معمولی انجام دهند؛ یعنی یک خداحافظی شیرین با ابررایانههای گرانقیمت! حالا تحقیقات علمی و صنعتی که قبلاً فقط در مراکز پیشرفته و با هزینههای بالا امکانپذیر بود، برای طیف وسیعتری از کاربران در دسترس خواهد بود.
کاربردهای گسترده در صنایع مختلف
الگوریتم جدید میتواند تحولی اساسی در حوزههایی ایجاد کند که به تحلیل دقیق مواد نیاز دارند، از جمله:
- صنایع هوافضا و دفاعی: کمک به مدلسازی بهتر تنش و شکست مواد در ساخت هواپیماها و تجهیزات پیشرفته.
- مهندسی و تولید: امکان آزمایش سریعتر و دقیقتر مواد در پروژههای صنعتی و عمرانی.
- تحقیقات نظامی: توسعه مواد مقاوم در برابر ضربه برای تجهیزات دفاعی.
با وجود همه دستاوردهای علمی و مهندسی این تحقیقات، نباید از پیامدهای اقتصادی و سیاسی آن غافل شد. توسعه این الگوریتم، تنها یک جهش علمی نیست، به نظر میرسد معادلات قدرت در حوزه فناوری تغییر خواهد كرد.
کاهش وابستگی به فناوریهای خارجی
در حال حاضر، بسیاری از تحقیقات علمی و صنعتی وابسته به ابررایانهها و پردازندههای فوقپیشرفتهای هستند که عمدتاً توسط شرکتهای غربی تولید میشوند. اما الگوریتم جدید چینیها، این نیاز را تا حد زیادی کاهش میدهد؛ اما چطور؟
- کاهش نیاز به سختافزارهای پیشرفته غربی: بسیاری از محاسبات سنگین تا پیش از این فقط روی ابررایانههای گرانقیمت و پردازندههای قدرتمند آمریکایی و اروپایی انجام میشد. اما با این الگوریتم، شبیهسازیهای پیشرفته روی پردازندههای گرافیکی معمولی هم ممکن شده است.
- دور زدن تحریمهای تجاری و فناوری: در سالهای اخیر، تحریمهای بینالمللی دسترسی برخی کشورها، از جمله چین و روسیه، را به پردازندههای پیشرفته محدود کرده است. این فناوری میتواند به این کشورها اجازه دهد که بدون نیاز به سختافزارهای آمریکایی، تحقیقات علمی و نظامی خود را پیش ببرند.
- افزایش استقلال فناوری چین و روسیه: این پیشرفت، نهتنها سرعت پردازشهای علمی را افزایش میدهد، بلکه به کشورهایی مانند چین و روسیه این امکان را میدهد که وابستگی خود به سختافزارهای خارجی را کاهش دهند و در مسیر خودکفایی فناوری گام بردارند.
در نهایت، یک تحول علمی یا یک حرکت استراتژیک؟
محققان این پروژه (که نتایج آن در مجلهComputational Mechanics منتشر شده) معتقدند که این بهینهسازی تنها محدود به پردینامیک نیست، بلکه میتواند در بسیاری از حوزههای علمی دیگر نیز مورد استفاده قرار گیرد. با توجه به پیامدهای این پیشرفت، به نظر میرسد که این فقط یک دستاورد علمی ساده نیست، بلکه یک بازی جدید در رقابتهای فناوری و اقتصاد جهانی آغاز شده است!
نظر خود را اضافه کنید.
برای ارسال نظر وارد شوید
ارسال نظر بدون عضویت در سایت