Pesquisadores da Universidade Shenzhen MSU-Bit, uma colaboração entre a Universidade Estadual de Lomonosov e o Instituto de Tecnologia de Pequim, desenvolveram um novo algoritmo computacional que pode melhorar significativamente a eficiência da peridinamia (DP), uma teoria não local usada para modelar fraturas e dano material. O novo método aumenta o desempenho em até 800 vezes, melhorando drasticamente a velocidade de simulações de materiais em larga escala.
A peridynamics é amplamente usada para prever a falha material em aplicações aeroespacial, engenharia civil e militar. No entanto, as simulações tradicionais de DP requerem recursos computacionais significativos, tornando lentamente os estudos em larga escala. A professora associada Yang Yang e sua equipe enfrentaram esse problema, aproveitando a tecnologia CUDA da NVIDIA para otimizar o design de algoritmos e o gerenciamento de memória.
Sua estrutura-general PD obteve ganhos de velocidade de 800x em um NVIDIA RTX 4070 em comparação com os programas seriais tradicionais e 100x mais rápido do que os programas paralelos baseados em OpenMP. Em simulações em larga escala com milhões de partículas, concluiu 4.000 etapas iterativas em cinco minutos. Para problemas de tração uniaxial 2D em alta escala, processou 69,85 milhões de iterações em menos de dois minutos usando precisão única.
A eficiência computacional aprimorada significa que os pesquisadores agora podem realizar simulações em GPUs de nível de consumidor, em vez de confiar em aglomerados de computação dispendiosos e de alto desempenho. Isso tem amplas implicações para indústrias que requerem análise detalhada de materiais, incluindo:
- Aeroespacial e defesa: modelagem melhorada do estresse material e falha nas estruturas de aeronaves.
- Engenharia e fabricação: teste mais eficiente de materiais para aplicações industriais e de construção.
- Pesquisa militar: desenvolvimento mais rápido de materiais resistentes ao impacto para sistemas de defesa.
A capacidade de obter simulações de alto desempenho em GPUs amplamente disponíveis também reduz a dependência da tecnologia estrangeira restrita. Dadas as restrições e sanções comerciais em andamento, esse avanço permite que a China e a Rússia promovam a pesquisa sem depender de hardware de computação de ponta dos países ocidentais.
Esse desenvolvimento também marca um passo significativo na mecânica computacional, permitindo simulações mais rápidas e acessíveis para aplicações de ciência, engenharia e defesa de materiais. O estudo foi publicado notavelmente no Journal of Computational Mechanics em 8 de janeiro de 2025, e a equipe de pesquisa acredita que essa otimização pode se estender além da peridinamia, melhorando o desempenho da GPU para outros cálculos científicos.