深圳新聞網(wǎng)2025年2月1日訊（深圳特區(qū)報記者 周雨萌）近日，由深圳北理莫斯科大學副教授楊楊、南方科技大學講席教授劉軼軍以及碩士研究生蘇梓鑫共同開發(fā)的一種基于GPU并行的快速近場動力學算法，實現(xiàn)了計算力學算法與計算機技術的深入交叉結合，為解決傳統(tǒng)計算力學算法的效率問題找到了新的方向。其成果發(fā)表在《計算力學學報》和《Engineering Analysis with Boundary Elements》，深圳北理莫斯科大學為第一完成單位。

近場動力學是一種有效解決斷裂問題的方法，然而，其非局部理論使得計算過程較為耗時。并行計算是加速數(shù)值計算的有效途徑，主要分為基于中央處理器（CPU）的并行計算和基于圖形處理器（GPU）的并行計算。

目前，基于GPU的近場動力學并行研究，大多集中在將串行程序轉換為并行程序。許多優(yōu)化策略帶來的加速效果主要依賴于GPU自身性能的提升，而針對GPU硬件結構的優(yōu)化相對較少。大多數(shù)近場動力學并行算法缺乏通用性，一些算法可能限制了鄰域的大小，僅能處理均勻分布且未受損的離散結構，或者限制了近場動力學理論的應用。

基于上述限制，該研究設計了一個成本效益高且性能優(yōu)異的近場動力學模擬框架。該分析框架能夠以高效的計算速率準確模擬鍵基和態(tài)基近場動力學問題。該算法采用了粒子并行模式，建立了一個通用的鄰域生成模塊用以優(yōu)化存儲，并提出了一種通用寄存器技術，用于高速訪問寄存器內存，減少全局內存訪問，不僅消除了對鄰域點數(shù)量的限制，還適用于材料點的非均勻分布。與現(xiàn)有基于串行程序和OpenMP并行的近場動力學算法程序相比，該算法分別可實現(xiàn)高達800倍和100倍的加速。在典型的百萬級粒子模擬中，執(zhí)行4000次迭代在單精度下可在5分鐘內完成，在雙精度下可在20分鐘內完成，這在低端GPU PC上即可實現(xiàn)。這意味著，在處理復雜的材料設計和損傷模擬時，研究人員能夠更快地獲得結果，從而加速科學研究和工程應用的發(fā)展。

據(jù)悉，這項技術的廣泛應用將有助于推動多個領域的創(chuàng)新，特別是在需要高性能計算支持的行業(yè)中。通過利用消費級GPU的強大計算能力，研究人員能夠更高效地解決復雜的物理問題，從而推動科技進步和產(chǎn)業(yè)升級。