NVIDIA: ИИ ускорит инженерные расчеты

NVIDIA Research предлагает смену парадигмы Computer-Aided Engineering (CAE) на AI-Aided Engineering. Вместо прямых вычислений предлагается использовать ИИ-модели, обученные на физических законах и данных симуляций. Такие модели работают как быстрая замена классическим расчётам. Например, прогноз погоды можно сделать за минуты вместо дней.

На протяжении десятилетий прогресс в инженерии, от аэрокосмической отрасли до материаловедения, обеспечивался с помощью компьютерного моделирования (CAE). Традиционные численные методы являются основополагающими, но их высокая вычислительная стоимость часто требует дней или недель для одной высокоточной симуляции, создавая существенное узкое место, ограничивающее темпы инноваций. Ускорение на графических процессорах (GPU) обеспечило первую волну значительного ускорения, и теперь искусственный интеллект имеет потенциал для дальнейшего ускорения научных открытий.

Для этого NVIDIA продвигает новую парадигму:проектирование с использованием искусственного интеллекта (AI-Aided Engineering, AIE)- видение того, как исследования в области ИИ ускорят и преобразуют область промышленного инжиниринга, и будут опираться на существующие работы NVIDIA в области ИИ и CAE.

Основной принцип AIE заключается в разработке и обучении новых базовых моделей на основе наблюдательных или имитационных данных для изучения основных физических законов системы. Эти модели функционируют как масштабируемые и эффективные заменители, способные аппроксимировать сложные модели на порядки быстрее, чем традиционные методы - например,FourCastNet 3предоставляет 60-дневные прогнозы погоды менее чем за 4 минуты, что в 60 раз быстрее, чем традиционные методы.

Основная исследовательская задача - разработка алгоритмов следующего поколения, которые будут обеспечивать работу этой экосистемы. Центральным элементом работы NVIDIA является отказ от дискретных сеток и сосредоточение внимания на моделях, которые могут работать непосредственно с исходными CAD-моделями, используемыми инженерами. Для достижения этой цели компания разрабатывает фундаментальные алгоритмы, такие как новые архитектуры для нейронных операторов, которые спроектированы не только для высокой скорости, но и для поддержания высокой степени физической точности, а также эффективного кодирования геометрии, граничных и начальных условий.

Революция в области искусственного интеллекта была построена на программном обеспечении с открытым исходным кодом и научных достижениях, и один из ключевых принципов работы NVIDEA заключается в том, что оно должно способствовать этому прогрессу и быть полностью открытым. Делая эти передовые инструменты доступными для всех, компания стремится демократизировать передовое моделирование, расширить возможности научного сообщества и ускорить развитие следующего поколения инженерных разработок с использованием ИИ. Это создает замкнутый цикл: работа NVIDEA основана на реальных потребностях промышленности, а подтвержденные достижения возвращаются во всю экосистему.

NVIDIA считают, что решение этой грандиозной задачи требует комплексного подхода, от кремниевых компонентов до программного обеспечения и систем. Работа основана на всей инфраструктуре ускоренных вычислений компании:

Ускоренное оборудование;

Основное программное обеспечение;

Передовые исследования;

Специализированные модели ИИ для конкретных областей;

Фреймворки для физического ИИ, обеспечивающие качество продукции;

Наборы данных;

Визуализация в реальном времени.