een doctoraat student aan de Universiteit van Manchester heeft een nieuwe methode en software ontwikkeld voor het gebruik van computerspeltechnologie voor complexe wetenschappelijke en technische simulaties.

Krachtige grafische kaarten, ook bekend als grafische verwerkingseenheden (GPU's), worden meestal gebruikt om ultrasnelle gameplay en realistische beelden voor gameconsoles te creëren, persoonlijke computers, en laptops. Maar onlangs, de GPU is naar voren gekomen als een technologie om wetenschappelijke simulaties te versnellen, sommige applicaties meer dan 100 keer sneller draaien dan conventionele computers.

Met behulp van deze technologie, Alex Chow, van de School voor Mechanische, Lucht- en ruimtevaart en civiele techniek, maakt nu grootschalige simulaties van 'gewelddadige vloeistofstromen', waaronder krachtige oceaangolven die tegen offshore windturbines botsen om hun potentiële impactkrachten op de constructies te voorspellen.

Het maken van complexe en nauwkeurige computersimulaties gebeurt meestal op een zogenaamde 'supercomputer'. In plaats van een individuele machine te zijn, een supercomputer bestaat eigenlijk uit honderden centrale verwerkingseenheden (CPU's) die zijn verbonden met maximaal duizenden rekenkernen. Zulke krachtige computers zijn nodig omdat deze grote simulaties miljarden berekeningen en miljoenen datapunten bevatten.

Dit soort machines, hoewel extreem krachtig erg duur is, met zelfs kleine clusters variërend van honderdduizenden ponden tot miljoenen ponden. Ze verbruiken ook veel energie en zijn slechts toegankelijk voor een klein aantal onderzoekers en wetenschappers.

Het voordeel van het gebruik van een grafische verwerkingseenheid (GPU's) is dat ze veel goedkoper en energiezuiniger zijn in vergelijking met de gebruikelijke supercomputers die nodig zijn om dergelijke complexe simulaties uit te voeren. Sommige GPU's zijn compact genoeg om in een laptop te passen, terwijl supercomputers een hele kamer of speciale faciliteit nodig hebben.

Alex heeft computersoftware ontwikkeld uit de open-source code "DualSPHysics" voor de wetenschappelijke simulatiemethode "Incompressible smoothed particle hydrodynamics (ISPH)" om op een GPU te draaien voor het simuleren van complexe, gewelddadige hydrodynamische (water)stromen. De nieuwe code is in staat om miljoenen datapunten op een enkel apparaat te berekenen voor echte 3D-engineeringtoepassingen. Een belangrijke uitdaging die Alex in het onderzoek moest overwinnen, is de eis om wiskundige systemen op te lossen van miljoenen gelijktijdige vergelijkingen die tijdens een simulatie voortdurend veranderen.

Hij zegt:"Het gebruik van dit soort technologie vermindert de kosten van complexe wetenschappelijke simulaties van honderdduizenden ponden tot slechts een paar duizend. Een voordeel is dat de meeste onderzoekers en kleine technische bedrijven zich een relatief krachtige laptop of computer kunnen veroorloven met een kwaliteits-GPU, dus het maakt dit soort simulatie en onderzoek nog toegankelijker."

Het VK wekt meer elektriciteit op uit offshore wind dan enig ander land ter wereld, met ongeveer 5 procent van de jaarlijkse elektrische energie uit de sector. Dit zal naar verwachting groeien tot 10 procent in 2020 en het groeit snel op mondiaal niveau.

Over zijn project gesproken, Chow voegde toe:"De hoeveelheid energie die wordt geproduceerd uit offshore-omgevingen neemt toe naarmate de wereld probeert de energiedoelstellingen van de wereld te halen, maar de oceaanomgeving kan erg gewelddadig en hard zijn, dus het efficiënt ontwerpen van structuren voor deze omgevingen is een moeilijke taak. Het gebruik van fysieke experimenten kan uiterst onpraktisch zijn en niet representatief voor het probleem. Dankzij deze simulaties kunnen ingenieurs en onderzoekers belangrijke beslissingen nemen over het ontwerp van een constructie zonder te hoeven investeren in bezoeken ter plaatse en dure experimenten."