ตั้งแต่ยุคแรกเริ่มของการพัฒนา Computational Fluid Dynamics (CFD) ในปี 1984 บริษัท Software Cradle ได้กำหนดมาตรฐานใหม่ให้กับวงการมาอย่างต่อเนื่อง ปัจจุบันได้เข้าร่วมเป็นส่วนหนึ่งของ Hexagon Design & Engineering ภายหลังการควบรวมกับ MSC Software ในปี 2019 และยังคงเดินหน้าพัฒนาโซลูชันด้าน CFD ที่ล้ำสมัย เช่น scFLOW สำหรับการจำลองการไหลทั่วไปด้วย polyhedral mesh และ scSTREAM ที่โดดเด่นด้านการถ่ายเทความร้อนและระบบระบายความร้อนทางอิเล็กทรอนิกส์ด้วย Cartesian mesh และ scFAST ฟีเจอร์รุ่นใหม่ที่ออกแบบมาเพื่อใช้งานร่วมกับ GPU โดยเฉพาะ ซึ่งทั้งหมดอยู่ภายใต้การอัปเดตล่าสุดในเวอร์ชัน Cradle CFD 2025.1 Update Release
Table of Contents
scFAST: การจำลอง CFD ที่ออกแบบมาเพื่อ GPU โดยเฉพาะ
จากความต้องการในอุตสาหกรรมที่ต้องการการจำลองที่เร็วขึ้นและการรองรับ Scale ขนาดใหญ่ ได้มากกว่าเดิม Hexagon จึงได้เปิดตัว scFAST — ซอฟต์แวร์ CFD solver รุ่นใหม่ที่ถูกออกแบบมาเพื่อทำงานแบบเต็มประสิทธิภาพบน GPU โดยเฉพาะ โดยเฉพาะกับสถาปัตยกรรม NVIDIA Hopper และ Blackwell
ทำไมต้องเปลี่ยนจาก CPU มาใช้ GPU ในการจำลอง CFD?
Solver แบบเดิมที่พึ่งพา CPU มีข้อจำกัดด้านการประมวลผลแบบอนุกรม ในขณะที่ GPU สามารถประมวลผลแบบขนาน (parallel) ได้อย่างมหาศาล ทำให้การจำลองทำได้เร็วขึ้น มีประสิทธิภาพมากขึ้น และแม่นยำยิ่งกว่าเดิม โดย scFAST สามารถแก้ปัญหาคอขวดของ CPU และนำทรัพยากรของ GPU มาใช้ได้อย่างเต็มที่
สำหรับผู้เริ่มต้น นี่คือวิวัฒนาการต่อยอดจากหลักการพื้นฐานของ CFD ที่ความเร็วและความแม่นยำของการจำลองขึ้นอยู่กับพลังประมวลผลโดยตรง
ไฮไลต์เทคโนโลยีใน scFAST
1. End-to-End GPU Execution
การประมวลผลทั้งหมดเกิดขึ้นภายใน GPU memory โดยไม่ต้องถ่ายข้อมูลกลับไปยัง CPU ลด latency และเพิ่มความเร็วได้อย่างมีนัยสำคัญ
2. Memory-Efficient RM-MCGS Algorithm
ใช้อัลกอริทึมแบบ Reduced-Memory Multicolor Gauss-Seidel (RM-MCGS) ที่ลดความจำเป็นในการจัดเก็บ Jacobian matrix ด้วยการใช้ Fréchet derivative แทน ทำให้ลดการใช้หน่วยความจำได้มาก
3. Cross-Platform Compatibility via OpenMP
รองรับการทำงานทั้งบน multicore CPU และ GPU ด้วยรหัสแบบพกพาที่ใช้ OpenMP ทำให้สามารถใช้งานได้หลากหลายแพลตฟอร์ม
4. Adaptive Code Optimization with C++ Templates
ใช้ C++ templates เพื่อสร้างโค้ดที่เหมาะสมที่สุดกับเงื่อนไขการจำลองแต่ละแบบโดยอัตโนมัติ เพิ่มประสิทธิภาพเฉพาะกรณีอย่างสูงสุด
ปฏิวัติวงการ CFD ด้วยความเร็วเหนือชั้น 450 เท่า
จากการทดสอบบน NVIDIA H100 GPU เพียงตัวเดียว พบว่า scFAST ทำงานได้เร็วกว่า solver รุ่นก่อนที่ใช้ 384 threads บน 4 AMD EPYC 7763 ถึง 15% และเมื่อคิดรวมประสิทธิภาพทั้งหมด เทียบเท่าความเร็วที่เพิ่มขึ้น 450 เท่า
รูปที่ 1: การเปรียบเทียบประสิทธิภาพของ Wing Mesh Onera OM6 ขนาด 53 ล้านเซลล์ แสดงให้เห็นการประหยัดของหน่วยความจำที่เป็นทางเลือกด้วยอัลกอริธึม RM-MCGS (Source: Hexagon)
การจำลองขนาดใหญ่บน GPU เพียงตัวเดียว
scFAST รองรับการจำลอง mesh ขนาดกว่า 50 ล้านเซลล์ต่อ GPU ซึ่งเดิมทีต้องใช้ cluster ของ CPU ขนาดใหญ่ ความสามารถนี้ถือเป็นการเปลี่ยนเกมโดยเฉพาะในอุตสาหกรรม aerospace, automotive และ energy
รูปที่ 2: แบบจำลอง CRM-HL ที่รันด้วยเมชขนาด 68 ล้านอีลีเมนต์บน GPU รุ่น NVIDIA A100 โดยใช้ซอฟต์แวร์ scFAST (Source: Hexagon)
อนาคตของการจำลอง: AI + CAD = Productivity เพิ่มขึ้น 1000 เท่า
“เรารู้สึกตื่นเต้นที่ได้นำเสนอ scFAST ให้ลูกค้าได้ทดลองใช้งานล่วงหน้า”
— Subham Sett, VP of R&D and Innovation, Hexagon
Hexagon ยังมีแผนพัฒนาเพิ่มเติมในอนาคต ได้แก่:
- เทคโนโลยี meshing ที่เร็วขึ้น
- แบบจำลองลดขนาดที่ขับเคลื่อนด้วย AI
- การผนวกรวมกับ CAD ที่ลื่นไหลขึ้นเพื่อลดเวลาการเตรียม geometry
เป้าหมายคือเพิ่ม Productivity ได้สูงถึง 1000 เท่า และเปิดประตูสู่ CFD ที่เข้าถึงได้ง่ายกว่าเดิม
สรุป
scFAST คือนิยามใหม่ของการจำลอง CFD บน GPU อย่างแท้จริง ไม่ใช่แค่การอัปเกรด แต่คือการปฏิวัติวงการ simulation สำหรับวิศวกรยุคใหม่ที่ต้องการความแม่นยำ รวดเร็ว และขยายขนาดได้จริงในโลกแห่งการออกแบบ
แหล่งอ้างอิง
- ศึกษารายละเอียดเชิงเทคนิคเพิ่มเติมได้ที่บทความต้นฉบับจาก Hexagon:
- 👉 Moving Towards 1000x Productivity – Introducing Hexagon’s scFAST, a Fully NVIDIA GPU-Optimized CFD Solver
