Un dottorato di ricerca studente presso l'Università di Manchester ha sviluppato un nuovo metodo e software per l'utilizzo della tecnologia dei giochi per computer per complesse simulazioni scientifiche e ingegneristiche.
Potenti schede grafiche, note anche come unità di elaborazione grafica (GPU), vengono solitamente utilizzati per creare un gameplay ultraveloce e immagini realistiche per console di gioco, computer personale, e laptop. Ma recentemente, la GPU è emersa come una tecnologia per accelerare le simulazioni scientifiche, eseguire alcune applicazioni oltre 100 volte più velocemente dei computer convenzionali.
Utilizzando questa tecnologia, Alex Chow, dalla Scuola di Meccanica, Ingegneria aerospaziale e civile, sta ora creando simulazioni su larga scala di "flussi di fluidi violenti", comprese le potenti onde oceaniche che si infrangono contro le turbine eoliche offshore per prevedere le loro potenziali forze di impatto sulle strutture.
La creazione di simulazioni al computer complesse e accurate viene solitamente eseguita su un cosiddetto "supercomputer". Piuttosto che essere una macchina individuale, un supercomputer è in realtà costituito da centinaia di unità di elaborazione centrale (CPU) collegate a migliaia di core di elaborazione. Sono necessari computer così potenti perché queste grandi simulazioni hanno miliardi di calcoli e milioni di punti dati.
Questo tipo di macchine, sebbene estremamente potenti siano molto costosi, con anche piccoli cluster che vanno da centinaia di migliaia di sterline a milioni di sterline. Inoltre utilizzano grandi quantità di energia e sono accessibili solo a un numero limitato di ricercatori e scienziati.
Il vantaggio dell'utilizzo di un'unità di elaborazione grafica (GPU) è che sono molto più economici ed efficienti dal punto di vista energetico rispetto ai normali supercomputer necessari per eseguire simulazioni così complesse. Alcune GPU sono abbastanza compatte da poter essere inserite in un laptop, mentre i supercomputer potrebbero richiedere un'intera stanza o una struttura dedicata.
Alex ha sviluppato un software per computer dal codice open source "DualSPHysics" per il metodo di simulazione scientifica "Idrodinamica di particelle levigate incomprimibili (ISPH)" da eseguire su una GPU per simulare complessi, violenti flussi idrodinamici (acqua). Il nuovo codice è in grado di calcolare milioni di punti dati su un singolo dispositivo per applicazioni di ingegneria 3D reali. Una sfida chiave che Alex ha dovuto superare nella ricerca è l'esigenza di risolvere sistemi matematici di milioni di equazioni simultanee che cambiano costantemente durante una simulazione.
Dice:"L'utilizzo di questo tipo di tecnologia riduce i costi di complesse simulazioni scientifiche da centinaia di migliaia di sterline a solo un paio di migliaia. Un vantaggio è che la maggior parte dei ricercatori e delle piccole società di ingegneria sono in grado di permettersi un laptop o un computer relativamente potente con una GPU di qualità che rende questo tipo di simulazione e ricerca ancora più accessibile."
Il Regno Unito genera più elettricità dall'eolico offshore di qualsiasi altro paese al mondo con circa il 5% dell'energia elettrica annuale proveniente dal settore. Questo dovrebbe crescere fino al 10% entro il 2020 e sta crescendo rapidamente a livello globale.
Parlando del suo progetto, Chow ha aggiunto:"La quantità di energia prodotta da ambienti offshore sta aumentando mentre il mondo cerca di raggiungere gli obiettivi energetici mondiali, ma l'ambiente oceanico può essere molto violento e duro, progettare in modo così efficiente strutture per questi ambienti è un compito difficile. L'utilizzo di esperimenti fisici può essere estremamente poco pratico e non rappresentativo del problema. Queste simulazioni consentono a ingegneri e ricercatori di prendere decisioni importanti sulla progettazione di una struttura senza dover investire in visite in loco e costosi esperimenti".
