استفاده از پردازنده هاي‏ گرافيكي براي كاهش تلاش محاسباتي روش المان مجزا (DEM)

با توسعه چشمگير سخت‏افزارها و نرم‏افزارهاي رايانه‏اي، استفاده از شبيه‏سازي‏هاي عددي در كارهاي مهندسي و تحقيقاتي به صورت فزاينده‏اي افزايش يافته است. يكي از چالش‏هاي اصلي در استفاده از اين روش‏ها، تلاش محاسباتي بالاي آنها بخصوص در كارهاي تحقيقاتي است. تا بحال توسعه سخت‏افزاري رايانه‏ها و بهبود الگوريتم‏هاي عددي كمك شاياني به حل اين چالش كرده است، اما همچنان ارائه روش‏هاي سخت‏افزاري و نرم‏افزاي نوين براي كاهش تلاش محاسباتي روش‏هاي عددي، امري جذاب محسوب مي‏شود. يكي از روش‏هاي نوين كه امروزه براي كاهش تلاش محاسباتي روشهاي عددي بكار مي‏رود، استفاده از پردازنده‏هاي‏ گرافيكي (GPU) بجاي پردازنده‏هاي‏ مركزي (CPU) براي انجام محاسبات است. هر چند در گذشته قابليت پردازنده‏هاي گرافيكي بيشتر در ارتباط با بازيهاي رايانه‏اي مطرح بوده، توسعه زبان‏هاي برنامه‏نويسي جديد مانند CUDA، امكان پياده‏سازي الگوريتم‏هاي عددي بر روي پردازنده‏هاي گرافيكي را ممكن ساخته است. ساختار سخت‏افزاري پردازنده‏هاي گرافيكي بگونه‏اي است كه با موازي‏سازي محاسبات، مي‏تواند تلاش محاسباتي را بصورت چشمگيري كاهش دهد؛ كه البته ميزان بازدهي به نوع روش عددي و الگوريتم حل بكار رفته بستگي دارد. با توجه به موازي بودن ذاتي الگوريتم روش المان مجزا (DEM)، پردازنده‏هاي گرافيكي مي‏توانند تلاش محاسباتي اين روش را به صورت چشمگيري كاهش دهند. در اين تحقيق، ابتدا تحقيقات پيشين كه از پردازنده‏هاي‏ گرافيكي براي شبيه‏سازي‏هاي عددي در حوزه مهندسي عمران استفاده كرده‏اند، به صورت خلاصه بيان مي‏شوند. سپس كدGPU-DEM معرفي مي‏شود كه در آن، الگوريتم روش المان مجزا بر روي پردازنده گرافيكي پياده‏سازي شده است. نتايج اين تحقيق نشان مي‏دهد كه نرم‏افزار GPU-DEM تلاش محاسباتي روش المان مجزا را به صورت چشمگيري نسبت به اجراي اين روش بر روي پردازنده مركزي كاهش مي‏دهد. با افزايش تعداد ذرات، بازدهي نرم‏افزار GPU-DEM به صورت قابل توجهي افزايش مي‏يابد كه بسيار مطلوب است.