Herkömmliche Grafikkarte beschleunigt Strömungssimulation

Der Lehrstuhl für Aerodynamik an der TU München (TUM) beschäftigt sich mit der Aerodynamik von Luft- und Raumfahrzeugen, Automobilen und Gebäuden. Ein wesentliches Werkzeug ist die numerische Strömungssimulation (Computational Fluid Dynamics, CFD). „Mit CFD werden strömungsmechanische Probleme numerisch simuliert, wodurch CFD eine wichtige Ergänzung zu Windkanalversuchen, insbesondere für physikalisch komplexe Strömungen, ist", sagt Prof. Dr.-Ing. Nikolaus A. Adams von der TUM.

Eine Forschungsarbeit am Lehrstuhl hat nun den Nachweis erbracht, dass auch mit einer handelsüblichen Grafikkarte komplexe Strömungssimulationen durchgeführt werden können – und zwar in wesentlich kürzerer Zeit als mit Großrechnern. Für die Simulationsberechnungen verwendeten die Forscher eine GeForce 8800 GT.

Basis für den Einsatz von GPUs als Hochleistungsrechensystem ist ihre freie Programmierbarkeit. Diese Eigenschaft kennzeichnete in der Vergangenheit nur CPUs. Zur Realisierung der Programmierbarkeit hat NVidia die auf C/C++ basierende Programmiersprache CUDA (Compute Unified Device Architecture) entwickelt. CUDA steht in Form eines SDK zum freien Download zur Verfügung. Die hohe Rechenleistung der Grafikkarten entsteht durch das Parallelisieren vieler Datenverarbeitungseinheiten auf dem Grafikchip. Im Vergleich zu CPUs stehen dadurch laut NVidia viel mehr Transistoren für die Berechnung zur Verfügung.

Dr.-Ing. Thomas Indinger, Leiter der Automobilaerodynamik am Lehrstuhl von Professor Adams, sieht im Einsatz von Grafikprozessoren in der Wissenschaft ein hohes Potenzial: „Es hat sich gezeigt, dass Grafikprozessoren aufgrund ihrer massiv-parallelen Architektur berechnungsintensive Aufgaben um ein Vielfaches schneller erledigen können als herkömmliche Hauptprozessoren. Gerade in Bereichen, in denen daten- und rechenintensive Grundlagenforschung betrieben wird, sehen wir deshalb große Chancen für eine zunehmende Verbreitung von GPU-Lösungen."

Die TUM und NVidia haben nun eine Kooperation beschlossen. NVIDIA stellt dem Lehrstuhl für Aerodynamik Grafikprozessoren aus der High-Performance-Computing-Produktlinie „Tesla“ zur Verfügung, die für den Dauereinsatz im professionellen Umfeld konzipiert ist. Die Prozessoren verfügen über bis zu 4 GB Speicher und bieten eine Rechenleistung von 1 Teraflop. Gemäß ersten Einschätzungen können durch den Einsatz von Tesla-Karten die Berechnungen um das 40-Fache beschleunigt werden. (dsc)