Schnelle numerische Simulation

Numerische Simulationen sind seit Jahrzehnten ein zentraler Bestandteil der industriellen Produkt- und Prozessentwicklung. Insbesondere die Finite-Elemente-Methode (FEM) hat sich in der Strukturmechanik als Standard etabliert. Aufgrund der hohen Rechenanforderungen gab es immer wieder Bestrebungen, die Simulation zu beschleunigen – etwa durch High Performance Computing oder Modellreduktion. Doch oft geht dies zulasten der Genauigkeit oder erfordert aufwendige Vorbereitungen.

Am Fraunhofer IGD verfolgen wir einen anderen Ansatz: Wir entwickeln und implementieren schnelle, genaue Simulationsverfahren – basierend auf der FEM und komplett auf GPUs ausgelegt. Damit nutzen wir deren massive Parallelität für maximale Rechenleistung. Unsere Technologie liefert Berechnungen 10- bis 100-mal schneller – ohne Kompromisse bei der Genauigkeit. So verkürzen sich Ihre Simulationszeiten deutlich: Prozesse, die früher Stunden dauerten, erledigt unsere Software jetzt in wenigen Minuten. Unsere Lösungen wurden insbesondere für die Strukturmechanik und die Simulation von Verzug im 3D-Druck (z. B. laserbasiertes Pulverbettverfahren) entwickelt. 

Damit diese Technologien ihre Wirkung in der Praxis entfalten können, müssen typische Engpässe klassischer Simulationen gezielt adressiert werden. Unsere Lösungen bieten hier konkrete Vorteile.

Die genannten Vorteile lassen sich konkret anhand unserer Technologien und Anwendungen veranschaulichen:

Trotz dieser Fortschritte bestehen in der praktischen Umsetzung weiterhin technologische Herausforderungen, die wir mit RISTRA gezielt adressieren.

Begrenzte GPU-Nutzung in bestehenden FEM-Lösungen

Numerische Simulationen – insbesondere mit der Finite-Elemente-Methode (FEM) – sind seit Jahrzehnten ein zentrales Werkzeug der Produkt- und Prozessentwicklung. Doch klassische FEM-Lösungen nutzen die enorme Rechenleistung moderner Grafikprozessoren (GPUs) meist nur teilweise. Da nur einzelne Berechnungsschritte ausgelagert werden, entsteht ein intensiver Datenaustausch zwischen CPU und GPU – ein Flaschenhals, der die mögliche Beschleunigung stark begrenzt.

Speicher- und Datenzugriffsrestriktionen auf GPUs

Selbst bei konsequenter GPU-Nutzung bleibt die Speicherarchitektur eine technische Hürde. Der verfügbare Grafikspeicher ist im Vergleich zu CPU-Systemen limitiert, und ineffiziente Datenstrukturen verhindern oft den optimalen Zugriff auf große Datenmengen. Damit sind viele bestehende Ansätze gezwungen, zwischen Rechengeschwindigkeit und Modellgröße zu kompromittieren.

GPU-beschleunigte Simulation ohne Kompromisse

Mit RISTRA, dem GPU-beschleunigten Strukturmechaniklöser des Fraunhofer IGD wird die gesamte Berechnungskette konsequent auf der GPU ausgeführt. Durch speziell entwickelte Algorithmen und speichereffiziente Datenstrukturen nutzt RISTRA die vollständige Parallelität der GPU und überwindet Speicher- und Kommunikationsgrenzen herkömmlicher Verfahren. Das Ergebnis sind extreme Beschleunigungsfaktoren bei gleichbleibend hoher Genauigkeit – ideal für Anwendungen in Strukturmechanik, 3D-Druck und Fertigungstechnologie. Die RISTRA-Produktfamilie lässt sich flexibel in bestehende Entwicklungsumgebungen integrieren und bietet Unternehmen aus Maschinenbau, Automobilindustrie und industrieller Produktion deutliche Vorteile: kürzere Entwicklungszeiten, reduzierte Energiekosten und eine höhere Rechenleistung für komplexe Simulationen.

Dann sprechen Sie uns an – unser Team am Fraunhofer IGD in Darmstadt berät Sie gerne zu den Einsatzmöglichkeiten der RISTRA-Produktfamilie.