GPU計算 — CAE用語解説
GPU計算
先生、GPU計算って最近よく聞くんですけど、GPGPU(General-Purpose GPU)と同じ意味ですか?
定義
GPU計算の基本的な仕組みを教えてください。
ほぼ同義と考えていいよ。GPUはもともとグラフィック描画専用だったけど、その大量の演算コアを汎用的な数値計算に転用する技術がGPU計算(GPGPU)だ。CUDAやOpenCLといったプログラミングフレームワークを使って、数千スレッドを同時実行できるんだ。
CPUの並列計算と比べてどこが違うんですか?
CPUは数十コアで複雑な処理が得意、GPUは数千コアで単純な処理を大量にこなすのが得意。例えば行列ベクトル積のように各要素が独立に計算できる処理はGPUが圧倒的に速い。逆に分岐が多い処理や逐次的な計算はCPUの方が向いてるよ。
CAEにおける位置づけ
CAEの解析でGPU計算が活きる場面を具体的に教えてください。
典型的なのは陽解法の衝突解析だね。各タイムステップで節点ごとの内力計算を並列に実行できるからGPUと相性がいい。あとはCFDの格子ボルツマン法や、前処理付き反復ソルバーの行列演算、最近だと物理インフォームドニューラルネットワーク(PINN)の学習もGPU計算の代表的な活用先だよ。
格子ボルツマン法もGPU向きなんですね。普通のノートPCのGPUでもいけますか?
小規模なら動くけど、本格的な解析にはVRAMが足りないことが多い。業務用ではNVIDIAのAシリーズやHシリーズが使われていて、クラウドでGPUインスタンスを借りるのも一般的になってきたよ。
関連用語
GPU計算の関連用語を教えてください。
このあたりは押さえておきたいね。
CPUとGPUの得意分野の違いがクリアになりました。まずはCUDAのサンプルコードから触ってみます。
いいね。簡単な行列演算でCPUとGPUの実行時間を比較すると、スケーリングの感覚がつかめるよ。
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