يدق بطاقة الرسومات العملاقة

يقوم الباحثون الشباب بتطوير خيارات جديدة لحسابات المحاكاة

كمبيوتر العملاق كولومبيا © ناسا
قراءة بصوت عال

المحاكاة توفر الكثير من الوقت. ولكن مع العمليات الحسابية الأكثر تعقيدًا ، فإن أجهزة الكمبيوتر التقليدية غارقة بسرعة ، ووقت الحوسبة على أجهزة الكمبيوتر الكبيرة نادر ومكلف. يمكن الآن لنتائج جديدة من باحث مبتدئ في ميونيخ أن تساعد في حل هذه المشكلة: لقد استخدم بطاقات الرسومات المتاحة تجاريًا لإجراء عمليات حسابية معقدة. ونتيجة لذلك كان على أجهزة الكمبيوتر العملاقة باهظة الثمن أن تفسح المجال لتسديدة طويلة.

محاكاة التدفق تكمل اختبارات نفق الرياح

مهمة بحثية في قسم الديناميكا الهوائية في الجامعة التقنية في ميونيخ (TUM) هي التحقيق في الدوامات الزائدة على المركبات. هذه الطاقة ابتلاع ، مما تسبب في الضوضاء والاهتزاز. الأداة الأساسية لهذا البحث هي ديناميات الموائع الحسابية (CFD). "مع CFD ، تتم محاكاة المشكلات الميكانيكية للسوائل عدديًا ، مما يجعل CFD مكملاً هامًا لاختبار نفق الرياح ، وخاصة بالنسبة للتدفقات المعقدة جسديًا" ، كما يوضح البروفيسور نيكولاس آدمز.

"تتكون المحاكاة النموذجية على طراز مركبة مبسط للغاية من 48 مليون عنصر حجم ثلاثي الأبعاد ويتطلب أكثر من 102000 خطوة زمنية. ويوضح توماس إندنجر ، الباحث في TUM ، أن الحواسيب العملاقة التي تكلف عدة مئات الآلاف من اليورو تحتاج إلى أقل من 60 ساعة فقط لإجراء مثل هذه المحاكاة بالكامل.

يمكن أيضًا تنفيذ نفس المهمة بشكل أسرع - على نظام لا يكلف سوى ألفي يورو. سر هذا التبادل غير المكلف: تتم عمليات المحاكاة بمساعدة بطاقات الرسومات التقليدية. يمكن لوحدات معالجة الرسومات (GPUs) أداء مهام مكثفة حسابياً بشكل أسرع بكثير من وحدات المعالجة المركزية التقليدية (CPU) بسبب بنيتها المتوازية الهائلة.

سبع مرات بأسرع

جاءت الفكرة من يوجين ريجل ، طالب في الفضاء. في مجلة كمبيوتر ، قرأ ورقة عن استخدام معالجات الجرافيك في العلوم والأبحاث وتطويرها لبرمجة بطاقات الرسومات CUDA لغة. يقول: "لقد أجريت بعد ذلك عمليات المحاكاة باستخدام بطاقة رسومات NVIDIA GeForce 8800 GT مع 512 ميجابايت من الذاكرة حول موضوع ورقة الفصل الدراسي الخاصة بي". كانت النتيجة مذهلة: بفضل بطاقة الرسومات متوسطة المدى ، والتي تتوفر بأقل من 100 يورو ، تمكنت Riegel من تسريع العمليات الحسابية حتى 7x مقارنةً بالطريقة التقليدية التي تستخدم وحدة المعالجة المركزية. عرض

إن أساس استخدام وحدات معالجة الرسومات (GPU) كنظام حوسبة عالية الأداء هو قابليتها للبرمجة المجانية - وهي ميزة لم يكن لها في الماضي سوى معالجات رئيسية. من أجل أن تكون قادرًا على برمجة معالجات الرسومات أيضًا ، تم تطوير لغة البرمجة المعتمدة على C / C ++ CUDA (بنية حساب الأجهزة الموحدة).

يمكن الوصول إلى CUDA مجانًا ، ويتاح البرنامج للتنزيل مجانًا من NVIDIA. يتم إنشاء قوة المعالجة العالية لبطاقات الرسومات من خلال موازاة العديد من وحدات معالجة البيانات على رقاقة الرسومات ، مما يعني أن هناك العديد من الترانزستورات المتاحة للحساب مقارنة بوحدات المعالجة المركزية التقليدية.

إمكانات عالية

يرى إندينغر ، الذي أشرف على العمل البحثي ، إمكانات كبيرة في استخدام معالجات الرسومات في العلوم والأبحاث: has أظهر العمل أن وحدات معالجة الرسومات يمكنها القيام بمهام كثيفة حسابياً بشكل أسرع بكثير من قطيعها بسبب بنيتها المتوازية الهائلة المعالجات الرئيسية المشتركة. خاصة في المناطق التي تُجرى فيها أبحاث أساسية كثيفة الاستخدام للبيانات ومكثفة من الناحية الحسابية ، نرى فرصًا كبيرة لزيادة انتشار حلول GPU

قررت TU Munich و NVIDIA الآن التعاون. توفر NVIDIA لكرسي الديناميكا الهوائية وحدات معالجة الرسومات من مجموعة منتجات الحوسبة عالية الأداء من Tesla ، والمصممة للتشغيل المستمر في بيئة احترافية. تحتوي المعالجات على ما يصل إلى أربعة غيغابايت من الذاكرة وتوفر قدرة حوسبة واحدة تيرافلوب. في جامعة ميونيخ ، سيتم قريبًا تنفيذ عمليات محاكاة التدفق باستخدام نظام تسلا. هدف علماء TUM: تسريع العمليات الحسابية بنسبة 40 مرة.

(idw - الجامعة التقنية في ميونيخ ، 01.12.2008 - DLO)