憑藉 PyFR 解決難題:GPU 技術如何改寫流體模擬的發展

作者 Jens Neuschäfer

玩家們或許是最早享受到 GPU 技術優點的那一批人,而目前已經將擁有無窮潛力的 GPU 技術應用在娛樂及超級電腦的諸多領域。

一支由倫敦帝國學院航空學系資深講師 Peter Vincent 率領的團隊,發表使用嶄新 GPU 加速技術的 PyFR v1.0.0,將計算流體力學(CFD)技術的速度提升十倍。

計算流體力學是一項以計算方式去模擬流體的學術領域,讓工程師們無需建構風洞,就能瞭解複雜的氣體和流體模式,在設計飛機、風力發電機,甚至是 F1 賽車時均能派上用場。

下一代技術

PyFR 是一項開放源碼 CFD 封裝,採用 Flux Reconstruction 這項極為精確的新方法來解決世上最具挑戰性的流體難題,尤其是針對不穩定的亂流。

PyFR 適用於多種硬體平台,包括採用 NVIDIA Tesla Accelerated Computing Platform 的大型叢集運算平台。

為何選擇 Tesla GPU 加速器? 多核心架構是重要因素。目前一般筆電使用二到四顆運算核心,而NVIDIA Tesla GPU 加速器有更多的核心。

Vincent 使用2,500顆的超高性能運算核心。新的 CFD 軟體在數百個 GPU 加速器叢集上運行,這些系統每分鐘進行數十億次的計算,能輕鬆處理巨量資料。

加快未來發展

早期測試結果在 CFD 圈裡引發不少關注。本週在達拉斯 AIAA Aviation 大會上發表的一份研究指出,採用 GPU 來加快運算速度的 PyFR 軟體,能將正確性和效率提升十倍。

航空航太產業領導者 BAE Systems 就是密切關注這項技術的合作廠商之一。BAE Systems UK 的 Oscar Neilson 表示:「我們認為 PyFR 在數值方面的精準性、演算法及平行運算的表現方面,都是其它運算程式的標竿。」世界級水準的空氣動力學研究成果,一直是英國在航空航太業界獨佔鰲頭的主因。PyFR 在設計飛機的空氣動力學方面扮演著要角,工程人員無需實際駕駛飛機就能掌握複雜的氣流模式。

對於 NASA 格林研究中心的 H.T. Huynh 來說,PyFR 也是一項重要的工具,他使用 PyFR 來促進深入探索太陽系的奧秘。Huynh 說:「我認為 PyFR 擁有改寫全局的力量,它讓我重新評估自己的研究及未來的研究方向。我希望能廣泛運用這項了不起的計劃。」

無論工程師們是否會使用 PyFR 開發出未來的 F1 冠軍賽車,或是能往返外太空和地球間的飛行器,GPU 技術再度以飛快速度帶領航空航太產業的未來發展。
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