現代科学のための、より迅速なシミュレーション。そのすべて(Swifter simulations for modern science. All of it)

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2024-08-28 サンディア国立研究所(SNL)

サンディア国立研究所とブラウン大学の研究者たちは、あらゆる種類のシミュレーションを高速化できる新しい方法を開発しました。この技術は、機械学習アルゴリズムを使用して、薬物の細胞への影響やロケットエンジンの可能性などの複雑な問題を迅速に解決するために役立ちます。新しいシミュレーションツールは通常の16倍の速さで結果を提供し、気候変動や自動運転車のナビゲーションなどの分野にも応用可能です。この研究は、多様な科学分野で効率的かつ持続可能な技術の開発に貢献すると期待されています。

<関連情報>

材料シミュレーションの再考:直接数値シミュレーションとニューラル・オペレータの融合 Rethinking materials simulations: Blending direct numerical simulations with neural operators

Vivek Oommen,Khemraj Shukla,Saaketh Desai,Rémi Dingreville & George Em Karniadakis
npj Computational Materials  Published:04 July 2024
DOI:https://doi.org/10.1038/s41524-024-01319-1

現代科学のための、より迅速なシミュレーション。そのすべて(Swifter simulations for modern science. All of it)

Abstract

Materials simulations based on direct numerical solvers are accurate but computationally expensive for predicting materials evolution across length- and time-scales, due to the complexity of the underlying evolution equations, the nature of multiscale spatiotemporal interactions, and the need to reach long-time integration. We develop a method that blends direct numerical solvers with neural operators to accelerate such simulations. This methodology is based on the integration of a community numerical solver with a U-Net neural operator, enhanced by a temporal-conditioning mechanism to enable accurate extrapolation and efficient time-to-solution predictions of the dynamics. We demonstrate the effectiveness of this hybrid framework on simulations of microstructure evolution via the phase-field method. Such simulations exhibit high spatial gradients and the co-evolution of different material phases with simultaneous slow and fast materials dynamics. We establish accurate extrapolation of the coupled solver with large speed-up compared to DNS depending on the hybrid strategy utilized. This methodology is generalizable to a broad range of materials simulations, from solid mechanics to fluid dynamics, geophysics, climate, and more.

1600情報工学一般
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