Các nhà nghiên cứu Trung Quốc lại đạt được bước đột phá mới khi phát triển một thuật toán hiệu suất cao có thể giải được các bài toán phức tạp về thiết kế vật liệu trên GPU dân dụng với tốc độ nhanh hơn 800 lần so với phương pháp truyền thống.
Công trình này không chỉ có ý nghĩa học thuật mà còn mở ra tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp, từ hàng không vũ trụ đến nghiên cứu quân sự. Với Trung Quốc điều này còn quan trọng hơn nữa khi giúp nước này giảm thiểu tác động từ các lệnh trừng phạt của Mỹ.
Nhóm nghiên cứu tại Đại học Shenzhen MSU-BIT – liên kết giữa Đại học Quốc gia Lomonosov Moscow và Học viện Công nghệ Bắc Kinh – đã tạo ra một thuật toán mới để tối ưu hóa lý thuyết peridynamics (PD). Lý thuyết PD vốn được sử dụng để mô phỏng các hiện tượng vật lý phức tạp như nứt vỡ, hư hỏng và biến dạng vật liệu, nhưng trước đây thường gặp hạn chế về tốc độ và mức tiêu thụ bộ nhớ. Bằng cách phân tích sâu cấu trúc chip và tận dụng công nghệ lập trình CUDA của NVIDIA để tạo ra khung tính toán PD-General, nhóm đã cải thiện đáng kể hiệu suất tính toán. Kết quả nghiên cứu được công bố trên Tạp chí Cơ học Tính toán Trung Quốc vào ngày 8/1.
Theo Phó giáo sư Yang Yang, trưởng nhóm nghiên cứu, PD-General cho phép rút ngắn thời gian tính toán từ vài ngày xuống còn vài giờ hoặc thậm chí vài phút khi sử dụng GPU dân dụng như NVIDIA GeForce RTX 4070. Cụ thể, thuật toán này đạt tốc độ nhanh hơn 800 lần so với chương trình tuần tự truyền thống và nhanh hơn 100 lần so với các chương trình song song OpenMP phổ biến. Trong các mô phỏng liên quan đến hàng triệu hạt, PD-General hoàn thành 4.000 bước lặp chỉ trong 5 phút, đồng thời xử lý 69,85 triệu lần lặp cho bài toán kéo dãn một trục hai chiều trong chưa đầy 2 phút.
Lý thuyết Peridynamics đóng vai trò quan trọng trong phân tích hư hỏng vật liệu. Trong lĩnh vực hàng không vũ trụ, PD-General giúp mô phỏng quá trình lan truyền vết nứt trên vật liệu máy bay khi chịu tác động, từ đó dự đoán chính xác hơn độ an toàn của kết cấu.
Đối với xây dựng dân dụng, thuật toán này mô phỏng sự tiến triển hư hỏng và mô hình sụp đổ của cầu hoặc tòa nhà trong điều kiện động đất, hỗ trợ thiết kế công trình chống chịu thiên tai. Trong nghiên cứu đạn đạo và chất nổ, PD-General mô hình hóa quá trình nứt vỡ vật liệu dưới tác động cực mạnh, góp phần phát triển thiết bị quân sự tối ưu.
Với sự phát triển không ngừng của phần cứng GPU, nhóm nghiên cứu kỳ vọng PD-General sẽ tiếp tục cải thiện hiệu suất, giải quyết các bài toán cơ học phức tạp hơn và mở rộng ứng dụng thực tiễn. "Khi GPU ngày càng mạnh mẽ, chúng tôi có thể xử lý các mô phỏng quy mô lớn hơn với độ chính xác cao hơn", Yang chia sẻ.
Điều này hứa hẹn mang lại lợi thế cạnh tranh cho các ngành công nghiệp Trung Quốc, đặc biệt trong bối cảnh hạn chế tiếp cận công nghệ cao từ phương Tây. Nhờ đó họ có thể giải quyết được các vấn đề phức tạp trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau thông qua các chip tính toán phổ thông – vốn có giá rẻ hơn và không nằm trong danh sách bị cấm vận của Mỹ.
Thành công của PD-General không chỉ là một bước tiến khoa học mà còn khẳng định tiềm lực nghiên cứu độc lập của Trung Quốc trong lĩnh vực tính toán hiệu năng cao. Trong tương lai, thuật toán này có thể trở thành công cụ đắc lực cho các kỹ sư và nhà khoa học toàn cầu, biến những thách thức kỹ thuật phức tạp thành bài toán khả thi trên nền tảng phần cứng phổ thông.
Nguyễn Hải
