امروز میخوام براتون درباره یه روش خفن به اسم PeTTO صحبت کنم که واقعاً کار طراحی شکل‌های پیچیده (تو اصطلاح فنی بهش میگن topology optimization) رو خیلی سریعتر و راحت‌تر میکنه — تازه با کمک کارت گرافیک‌ها، یا همون GPUها که تو کامپیوترهای گیمینگ و مهندسی پیدا میشن!
اول بذار خیلی ساده بگم topology optimization یعنی چی. این عبارت فنی در واقع یه مدل ریاضی برای پیدا کردن بهترین شکل (یا چیدمان) یه سازه یا جسمه. مثلاً مهندس‌ها میخوان یه پل یا پایهٔ ساختمان رو طوری طراحی کنن که هم مقاوم باشه، هم کم‌مصرف‌ترین مقدار مصالح رو داشته باشه. این مدل ریاضی گاهی خیلی پیچیده میشه و کامپیوترهای معمولی نمیتونن سریع جواب بدن.
حالا PeTTO اومده یه تِرک باحال زده! یعنی چی؟ PeTTO اسم کوتاهِ «Pseudo-Transient Topology Optimization» هست. یه جوری این رو طراحی کردن که از قدرت کارت‌های گرافیک برای حل این مسئله‌ها استفاده کنه. کارت گرافیک‌ها (GPU) خلاف CPUها که معمولاً فقط چند هسته دارن، هزار تا هسته موازی دارن و برای کارای سنگین محاسباتی محشرن!
توی این روش چه اتفاقی میفته؟ PeTTO با به کار بردن یه تکنیک به اسم “phase field methods”، مسئله بهینه‌سازی رو (که معمولاً با معادلات دیفرانسیل جزئی یا PDEها بیان میشن) تبدیل میکنه به یه سری معادلات زمانی (یعنی به طور مرحله‌ای تو زمان حل میشه) که میشه با اطلاعات فیزیک حالت گذرا تحلیلش کرد.
این وسط، برای اینکه طراح بتونه تاثیر طراحی‌شو روی نتیجه ببینه، باید خیلی سریع مشتق‌ها رو حساب کنیم. PeTTO اینجا هم زرنگی میکنه و از “automatic differentiation” یعنی مشتق‌گیری خودکار استفاده میکنه (این یعنی لازم نیست مهندسا بشینن خودشون دستی و با کلی احتمال خطا فرمول مشتق رو دربیارن).
حالا سیستم کلی معادلات رو چجوری حل می‌کنن؟ با یه ترکیب از روش شبه‌گذرا (pseudo-transient) و نسخه شتاب‌داده شده‌ش، که هم سرعت خوبی داره هم پایداری عددی سیستم (یعنی حلش ناپایدار نمی‌شه و اعداد قر و قاطی در نمیان!). این دقیقاً همون بخشی هست که GPUها به کار میان و روند حل رو چندین برابر سریعتر از کامپیوترهای معمولی می‌کنن.
نویسنده‌ها تو مقاله، کلی مثال عددی هم آوردن که نشون بدن این روش واقعاً جواب میده. مثلاً مسائلی که مربوط به فیزیک مکانیکی (یعنی نیروها و تنش‌ها تو اجسام) بودن یا حتی مسائل حرارتی (انتقال گرما). جالبش اینجاست که چه تو مدل‌های ۲بعدی و چه ۳بعدی، و چه وقتی کار با یه ماده ساده بوده و چه چندتا ماده، این روش PeTTO عالی عمل کرده.
از شاهکارهای PeTTO اینه که وقتی اجراش رو روی یه دونه GPU گذاشتن، سرعتش نسبت به وقتی که همین کد رو روی CPU (همون پردازنده‌های معمول دسکتاپ) اجرا میکردن، حدود ۴۰ تا ۵۰ برابر بیشتر شد! یعنی اگه یه طراحی با CPU مثلاً می‌خواست یه روز کامل طول بکشه، الان میشه تو کمتر از نیم ساعت همون نتیجه رو گرفت!
در مجموع، این روش می‌تونه فاصله بین محاسبات فوق‌سریع و طراحی شکل‌های بهینه برای مسائل واقعی رو حسابی کمتر کنه. حالا فکرشو بکنید، با PeTTO مهندس‌ها می‌تونن خیلی سریعتر و بهتر، شکل اجسام دنیای واقعی رو بهینه کنن — از سازه‌های ساختمانی بگیر تا قطعات ماشین و حتی ابزارهای پزشکی! این یعنی آینده‌ی طراحی، حسابی سریعتر و کم‌هزینه‌تر خواهد بود؛ فقط کافیه یه GPU خفن داشته باشی و از PeTTO استفاده کنی!
منبع: +
