Simulasi Lingkungan yang Dipercepat GPU Mengungguli Superkomputer
- Seorang mahasiswa PhD mengembangkan teknologi game yang menjalankan simulasi kompleks pada GPU.
- Simulasi ini melibatkan hentakan gelombang laut raksasa terhadap turbin angin lepas pantai.
- Simulasi kerusakan pada GPU berjalan hingga 4,5 kali lebih cepat dibandingkan waktu pengoperasian CPU 16-thread.
Alex Chow, yang sedang mengejar gelar PhD di The University of Manchester telah membangun program untuk melakukan simulasi teknik dan ilmiah yang kompleks pada unit pemrosesan grafis (GPU).
Selama ini kartu grafis kelas atas digunakan untuk menciptakan visual yang realistis dan gameplay yang cepat untuk PC, laptop, dan konsol game. Namun kini, GPU muncul sebagai teknologi untuk mempercepat simulasi kompleks, mengeksekusi beberapa aplikasi ratusan kali lebih cepat dibandingkan CPU tradisional.
Tujuan utamanya adalah melakukan simulasi skala besar pada kartu grafis, bukan superkomputer. Karena superkomputer terdiri dari ratusan CPU yang terhubung secara paralel, mereka mengonsumsi banyak daya saat melakukan miliaran kalkulasi. Selain itu, biayanya sangat mahal dan hanya tersedia bagi sejumlah kecil ilmuwan dan peneliti.
Di sisi lain, GPU hemat energi dan jauh lebih murah dibandingkan superkomputer konvensional. Mereka tidak memerlukan seluruh ruangan atau fasilitas eksklusif. Faktanya, kartu grafis modern cukup ringkas untuk dipasang di laptop.
Simulasi Apa yang Telah Dilakukan Sejauh Ini?
Chow telah mengembangkan perangkat lunak yang dapat membuat simulasi aliran fluida hebat dalam skala besar pada kartu grafis yang kuat. Simulasi ini melibatkan hentakan gelombang laut raksasa terhadap turbin angin lepas pantai, untuk mengkaji lebih baik gaya (termasuk potensi dampak) yang ditimbulkan pada struktur.
Bagaimana Dia Melakukannya?
Perangkat lunak ini dikembangkan menggunakan kode sumber terbuka bernama DualSPhysics, yang didasarkan pada model hidrodinamik partikel halus (SPH). Kode ini memungkinkan simulasi kompleks (seperti aliran hidrodinamik yang hebat) dijalankan pada GPU. Teknologi ini dapat menangani penghitungan jutaan titik data untuk aplikasi ilmiah 3D di satu perangkat.
Bagi Chow, bagian tersulitnya adalah menyelesaikan sistem matematika yang berisi jutaan persamaan secara bersamaan dan berubah dengan cepat sepanjang simulasi.
Referensi:ScienceDirect | doi:10.1016/j.cpc.2018.01.005 | Universitas Manchester
Detail Teknis
SPH tak terkompresi dijalankan dengan mengoptimalkan kode SPH terkompresi lemah dan mengintegrasikannya dengan ViennaCL (perpustakaan aljabar linier sumber terbuka) untuk implementasi cepat persamaan Tekanan Poisson (PPE).
Matriks PPE dibuat untuk memindahkan partikel pada interval tertentu, guna mengoptimalkan memori GPU yang terbatas. Algoritme proyeksi tekanan SPH yang tidak dapat dimampatkan dijalankan pada 4 level berbeda. Selain itu, kondisi batas yang tepat dan kuat juga ditetapkan untuk pemrosesan paralel yang efisien.
Diagram alur langkah-langkah pengulangan utama dalam catatan waktu DualSPHysics Predictor–Corrector pada GPU
Banyak kasus validasi yang ditunjukkan dalam penelitian ini untuk menunjukkan ketepatan, kecepatan dan fleksibilitas teknologi. Misalnya, simulasi dambreak pada GPU berjalan hingga 4,5 kali dan 18 kali lebih cepat dibandingkan waktu pengoperasian CPU 16-thread dan single-thread.
Bagaimana Simulasi Ini Dapat Membantu?
Inggris Raya menghasilkan 5 persen energi listrik tahunannya dari tenaga angin lepas pantai, yang diperkirakan akan tumbuh hingga 10 persen dalam 2 tahun ke depan, dan jumlah tersebut terus meningkat di seluruh dunia.
Terkadang lingkungan laut sangat keras dan penuh kekerasan, itulah sebabnya mengembangkan struktur untuk laut bukanlah pekerjaan mudah. Eksperimen fisik pada lingkungan ini akan sangat mahal dan memakan waktu, atau bisa dibilang tidak praktis.
Baca:Jaringan Syaraf Tiruan Pertama di Dunia Berbasis Teknologi Pemrosesan Optik
Simulasi ini akan membantu ilmuwan dan insinyur mengambil langkah dan keputusan penting terkait desain struktur dan aplikasi teknik hidrodinamik permukaan bebas industri, tanpa berinvestasi dalam eksperimen yang mahal.
