Un doctorat étudiant à l'Université de Manchester a développé une nouvelle méthode et un nouveau logiciel pour utiliser la technologie des jeux informatiques pour des simulations scientifiques et techniques complexes.

Cartes graphiques puissantes, également appelées unités de traitement graphique (GPU), sont généralement utilisés pour créer un gameplay ultrarapide et des visuels réalistes pour les consoles de jeux, Ordinateur personnel, et ordinateurs portables. Mais récemment, le GPU s'est imposé comme une technologie pour accélérer les simulations scientifiques, exécutant certaines applications plus de 100 fois plus rapidement que les ordinateurs conventionnels.

Grâce à cette technologie, Alex Chow, de l'école de mécanique, Aéronautique et génie civil, crée maintenant des simulations à grande échelle de « flux de fluides violents », y compris de puissantes vagues océaniques s'écrasant contre des éoliennes offshore pour prédire leurs forces d'impact potentielles sur les structures.

La création de simulations informatiques complexes et précises se fait généralement sur un «superordinateur». Plutôt que d'être une machine individuelle, un supercalculateur est en fait composé de centaines d'unités centrales de traitement (CPU) connectées à des milliers de cœurs de calcul. Des ordinateurs aussi puissants sont nécessaires car ces grandes simulations comportent des milliards de calculs et des millions de points de données.

Ce genre de machines, bien qu'extrêmement puissants soient très chers, avec même de petits groupes allant de centaines de milliers de livres à des millions de livres. Ils consomment également de grandes quantités d'énergie et ne sont accessibles qu'à un petit nombre de chercheurs et de scientifiques.

L'avantage d'utiliser une unité de traitement graphique (GPU) est qu'ils sont beaucoup moins chers et économes en énergie par rapport aux supercalculateurs habituels nécessaires pour effectuer des simulations aussi complexes. Certains GPU sont suffisamment compacts pour tenir dans un ordinateur portable, tandis que les superordinateurs peuvent nécessiter une pièce entière ou une installation dédiée.

Alex a développé un logiciel informatique à partir du code open-source "DualSPHysics" pour la méthode de simulation scientifique "Incompressible Smoothed Particule Hydrodynamics (ISPH)" à exécuter sur un GPU pour simuler des complexes, violents écoulements hydrodynamiques (eau). Le nouveau code est capable de calculer des millions de points de données sur un seul appareil pour des applications d'ingénierie 3D réelles. Un défi clé qu'Alex a dû surmonter dans la recherche est la nécessité de résoudre des systèmes mathématiques de millions d'équations simultanées qui changent constamment tout au long d'une simulation.

Il déclare :« L'utilisation de ce type de technologie réduit les coûts des simulations scientifiques complexes de plusieurs centaines de milliers de livres à quelques milliers. Un avantage est que la plupart des chercheurs et des petites sociétés d'ingénierie peuvent s'offrir un ordinateur portable ou un ordinateur relativement puissant avec un GPU de qualité, ce qui rend ce type de simulation et de recherche encore plus accessible."

Le Royaume-Uni produit plus d'électricité à partir de l'éolien offshore que tout autre pays au monde, avec environ 5 % de l'énergie électrique annuelle provenant du secteur. On s'attend à ce que ce chiffre atteigne 10 % d'ici 2020 et qu'il augmente rapidement au niveau mondial.

Parlant de son projet, Chow a ajouté :« La quantité d'énergie produite à partir d'environnements offshore augmente alors que le monde essaie d'atteindre les objectifs énergétiques mondiaux, mais l'environnement océanique peut être très violent et rude, si efficacement concevoir des structures pour ces environnements est une tâche difficile. L'utilisation d'expériences physiques peut être extrêmement peu pratique et non représentative du problème. Ces simulations permettent aux ingénieurs et aux chercheurs de prendre des décisions importantes sur la conception d'une structure sans avoir à investir dans des visites de sites et des expériences coûteuses. »