Mai Nhung
Writer
Các nhà khoa học Trung Quốc vừa đạt được một bước đột phá đáng kể trong lĩnh vực tính toán hiệu năng cao khi phát triển thành công một thuật toán mới, giúp tăng tốc độ xử lý trên GPU dân dụng lên tới 800 lần so với phương pháp truyền thống. Thành tựu này không chỉ mang ý nghĩa học thuật mà còn mở ra tiềm năng ứng dụng to lớn trong nhiều ngành công nghiệp, đặc biệt là trong bối cảnh Trung Quốc đang phải đối mặt với các lệnh hạn chế tiếp cận công nghệ cao từ phương Tây.
Nhóm nghiên cứu tại Đại học Shenzhen MSU-BIT, một trường liên kết giữa Đại học Quốc gia Lomonosov Moscow và Học viện Công nghệ Bắc Kinh, đã tạo ra thuật toán mới nhằm tối ưu hóa lý thuyết peridynamics (PD). PD là một lý thuyết được sử dụng rộng rãi để mô phỏng các hiện tượng vật lý phức tạp như nứt vỡ, hư hỏng và biến dạng vật liệu. Tuy nhiên, phương pháp này trước đây thường gặp hạn chế về tốc độ tính toán và tiêu thụ nhiều bộ nhớ.
Bằng cách phân tích sâu cấu trúc chip và tận dụng công nghệ lập trình CUDA của NVIDIA, nhóm nghiên cứu đã phát triển thành công khung tính toán PD-General, giúp cải thiện đáng kể hiệu suất tính toán. Kết quả nghiên cứu đã được công bố trên Tạp chí Cơ học Tính toán Trung Quốc vào ngày 8/1.
Phó giáo sư Yang Yang, trưởng nhóm nghiên cứu, cho biết PD-General cho phép rút ngắn thời gian tính toán từ vài ngày xuống còn vài giờ, 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 thử nghiệm mô phỏng liên quan đến hàng triệu hạt, PD-General chỉ mất 5 phút để hoàn thành 4.000 bước lặp, và xử lý 69,85 triệu lần lặp cho bài toán kéo dãn một trục hai chiều trong chưa đầy 2 phút.
Ứng dụng của PD-General rất đa dạng và thiết thực. Trong lĩnh vực hàng không vũ trụ, nó 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. Trong xây dựng dân dụng, thuật toán này có thể 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 giúp 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 được cải thiện về hiệu suất, giải quyết các bài toán cơ học phức tạp hơn và mở rộng phạm vi 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", Phó giáo sư Yang Yang chia sẻ.
Thành công của PD-General không chỉ là một bước tiến về mặt khoa học mà còn khẳng định tiềm lực nghiên cứu độc lập của Trung Quốc trong lĩnh vực tính toán hiệu năng cao. Đặc biệt, trong bối cảnh các lệnh cấm vận công nghệ từ Mỹ, thuật toán này giúp Trung Quốc giảm thiểu sự phụ thuộc vào công nghệ nước ngoài, tận dụng hiệu quả các chip tính toán phổ thông, vốn có giá thành rẻ hơn và không nằm trong danh sách bị hạn chế. Trong tương lai, PD-General hứa hẹn sẽ trở thành công cụ đắc lực cho các kỹ sư và nhà khoa học trên toàn thế giới, giúp biến những thách thức kỹ thuật phức tạp thành bài toán khả thi trên nền tảng phần cứng phổ thông.
#Cuộcchiếnbándẫn
Nhóm nghiên cứu tại Đại học Shenzhen MSU-BIT, một trường liên kết giữa Đại học Quốc gia Lomonosov Moscow và Học viện Công nghệ Bắc Kinh, đã tạo ra thuật toán mới nhằm tối ưu hóa lý thuyết peridynamics (PD). PD là một lý thuyết được sử dụng rộng rãi để mô phỏng các hiện tượng vật lý phức tạp như nứt vỡ, hư hỏng và biến dạng vật liệu. Tuy nhiên, phương pháp này trước đây thường gặp hạn chế về tốc độ tính toán và tiêu thụ nhiều bộ nhớ.
Bằng cách phân tích sâu cấu trúc chip và tận dụng công nghệ lập trình CUDA của NVIDIA, nhóm nghiên cứu đã phát triển thành công khung tính toán PD-General, giúp cải thiện đáng kể hiệu suất tính toán. Kết quả nghiên cứu đã được công bố trên Tạp chí Cơ học Tính toán Trung Quốc vào ngày 8/1.
Phó giáo sư Yang Yang, trưởng nhóm nghiên cứu, cho biết PD-General cho phép rút ngắn thời gian tính toán từ vài ngày xuống còn vài giờ, 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 thử nghiệm mô phỏng liên quan đến hàng triệu hạt, PD-General chỉ mất 5 phút để hoàn thành 4.000 bước lặp, và xử lý 69,85 triệu lần lặp cho bài toán kéo dãn một trục hai chiều trong chưa đầy 2 phút.
Ứng dụng của PD-General rất đa dạng và thiết thực. Trong lĩnh vực hàng không vũ trụ, nó 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. Trong xây dựng dân dụng, thuật toán này có thể 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 giúp mô hình hóa quá trình nứt vỡ vật liệu dưới tác động cực mạnh, góp phần phát triển thiết bị quân sự tối ưu.
Thành công của PD-General không chỉ là một bước tiến về mặt khoa học mà còn khẳng định tiềm lực nghiên cứu độc lập của Trung Quốc trong lĩnh vực tính toán hiệu năng cao. Đặc biệt, trong bối cảnh các lệnh cấm vận công nghệ từ Mỹ, thuật toán này giúp Trung Quốc giảm thiểu sự phụ thuộc vào công nghệ nước ngoài, tận dụng hiệu quả các chip tính toán phổ thông, vốn có giá thành rẻ hơn và không nằm trong danh sách bị hạn chế. Trong tương lai, PD-General hứa hẹn sẽ trở thành công cụ đắc lực cho các kỹ sư và nhà khoa học trên toàn thế giới, giúp biến những thách thức kỹ thuật phức tạp thành bài toán khả thi trên nền tảng phần cứng phổ thông.
#Cuộcchiếnbándẫn
