近日，深圳北理莫斯科大学（由莫斯科国立罗蒙诺索夫大学和北京理工大学联合创办）的研究团队取得了一项重大突破，他们开发出一种全新的计算算法，能够大幅提升广义体力学（Peridynamics，PD）的计算效率。广义体力学是一种用于模拟材料断裂和损伤的非局部理论，在航空航天、土木工程和军事等领域有着广泛的应用前景。然而，传统 PD 模拟需要耗费大量的计算资源，导致大规模研究的效率低下且成本高昂。
为了攻克这一难题， 杨杨副教授及其团队借助英伟达（Nvidia）的 CUDA 技术，对算法设计和内存管理进行了深度优化。他们开发的 PD-General 框架在英伟达 RTX 4070显卡上实现了惊人的性能提升，相比传统的串行程序，速度提高了800倍，而相较于基于 OpenMP 的并行程序，也快了100倍。
在大规模模拟中，该框架能够在5分钟内完成4000次迭代，处理数百万粒子的复杂场景。在高规模二维单轴拉伸问题的测试中，它仅用不到两分钟就完成了6985万次迭代（单精度计算），展现出极高的计算效率。
这项技术的突破意味着研究人员不再需要依赖昂贵的高性能计算集群，而是可以利用普通的消费级 GPU 来进行复杂的材料模拟。这不仅大大降低了研究成本，还显著提高了研究效率。对于航空航天与国防领域来说，能够更精准地模拟飞机结构材料的应力和失效情况；在工程与制造行业，可以更高效地测试建筑材料和工业应用中的材料性能；军事研究方面，也能加快抗冲击材料的开发进程。
此外，这项技术的成功还具有重要的战略意义。在当前复杂的国际贸易环境下，西方国家对高性能计算硬件的出口限制日益严格。而这一成果使得中国和俄罗斯能够在不依赖西方高端计算硬件的情况下，继续推进相关领域的研究工作，保障了科研的自主性和安全性。
2025年1月8日，该研究成果发表在《中国计算力学杂志》上。研究团队表示，这种优化技术不仅适用于广义体力学，未来还有望推广到其他科学计算领域，进一步提升 GPU 在高性能计算中的应用潜力。这一成果无疑为计算力学领域带来了新的曙光，也为材料科学、工程和国防应用的快速发展提供了有力的技术支持。
