Исследователи из Института прикладной математики им. М.В. Келдыша РАН нашли способ делать сложные компьютерные симуляции — например, моделирование полета самолета или взрыва сверхновой звезды — гораздо точнее и стабильнее.
Суть в том, как компьютер дробит виртуальное пространство на мелкие блоки (сетку) для расчетов. Там, где ничего особенного не происходит, блоки остаются крупными. А там, где нужно рассмотреть детали (скажем, край крыла самолета, где завихряется воздух), сетка автоматически становится очень мелкой. Проблема в том, что если эти области просто резко стыковать, расчет «спотыкается» и дает ошибку — примерно как если бы вы склеили фото, снятые в разном разрешении.
Алгоритм наших ученых действует как умный «сглаживатель»: он создает между зонами разной детализации плавный переход — специальную буферную зону из нескольких слоев блоков. Это как аккуратный градиент вместо резкой границы. Благодаря этому численные модели перестают «барахлить» на стыках и выдают более правдоподобный результат.
Метод успешно проверили, смоделировав на суперкомпьютере K60 классическую задачу — столкновение ударной волны и вихря. Алгоритм отлично справляется даже с самыми заковыристыми формами, что является его главным плюсом.
Но без ложки дегтя не обошлось. Оказалось, что при работе на множестве процессоров одновременно эффективность алгоритма растет не так быстро, как хотелось бы. Если грубо, то каждый новый процессор помогает все меньше и меньше. Можно пошутить, что это как изобрести отличный велосипед, который почему-то едет медленнее, когда на нем крутят педали десять человек вместо одного. Причина — в том, что современные системы распределения нагрузки не учитывают специфику этих самых буферных зон.
Несмотря на этот «тормоз», разработка — серьезный шаг вперед. Она уже встроена в программный пакет для динамических сеток и будет полезной везде, где требуются высокоточные расчеты: от аэрокосмической инженерии до прогнозирования климата.
Исследование опубликовано в журнале «Вычислительные методы и программирование»
