La potencia de la HPC aplicada a las geometrías complejas
¿De qué sirve una arquitectura computacional a exaescala, sin métodos matemáticos potentes de simulación con que sacar partido a todas sus posibilidades? ¿De qué manera puede beneficiar ese incremento de la potencia computacional al diseño de productos industriales, como puedan ser grandes edificios o aviones? Estas fueron algunas de las incógnitas fundamentales que debía despejar el proyecto NUMEXAS. Gracias a sus novedosos métodos de simulación, se espera que este proyecto permita a entidades industriales, administraciones públicas e institutos académicos resolver de forma rutinaria, con simplicidad y gran eficacia, problemas multidisciplinares a gran escala en la ingeniería y las ciencias aplicadas. «NUMEXAS difiere bastante de otros proyectos a exaescala financiados por la Unión Europea», aseguró el Dr. Pooyan Dadvand, quien coordina este proyecto en representación del Centro Internacional de Métodos Numéricos en Ingeniería (CIMNE) de Barcelona, España. «Nuestro propósito es aplicar la HPC a problemas de naturaleza industrial centrándonos en las interacciones entre fluidos y estructuras y en las geometrías complejas. Por ejemplo, nuestros solucionadores nos permitieron simular las condiciones del viento en Barcelona en un área de 64x64km con una resolución de 4m, algo inalcanzable anteriormente». A diferencia de los solucionadores convencionales, que basan sus cálculos en geometrías simples (como un cubo), NUMEXAS presenta un generador de mallas desestructuradas capaz de manejar geometrías complejas y de crear miles de millones de elementos. «Esto es precisamente lo que nos sitúa más cerca de la industria. En una malla estructurada, tienes una geometría que resulta de combinar varios bloques, y estos pueden dividirse en otros más pequeños. La labor de subdividirlos es muy lenta. En cambio, en NUMEXAS trabajamos con mallas desestructuradas, las cuales se generan automáticamente. También eliminamos la necesidad de limpiar la geometría. Igualmente, podemos realizar un post-procesado de los resultados con gran eficacia», explicó el Dr. Dadvand. Al obviar la necesidad de limpiar la geometría, NUMEXAS ha conseguido que la HPC resulte mucho más atractiva para las entidades industriales. Esto no sólo puede reducir el tiempo de cálculo (lo que por norma llevaría una semana se reducirá a unos diez minutos); además, ahorra los dos meses que se necesitarían para limpiar una geometría tan inmensa. Acortar el tiempo necesario para descargar los resultados es otro de los objetivos fundamentales, y en ello trabaja actualmente el equipo de NUMEXAS. Un ejemplo del valor añadido de estas novedades para la industria sería ofrecer soluciones a los problemas de naturaleza termomecánica que surgen en las actividades manufactureras. Por su parte, las administraciones públicas podrían beneficiarse, por ejemplo, de una simulación de los flujos de los contaminantes en una ciudad para apreciar el impacto exacto de cada fuente. «Una simulación de esa clase está a nuestro alcance; bastaría con añadir algunos modelos para medir la interacción con el aire o con sustancias químicas», apuntó el Dr. Dadvand. Los resultados del proyecto también pueden ser beneficiosos para el sector de la computación en nube. De hecho ya se han mantenido algunas conversaciones informales al respecto. Un proceso de mejora continua A falta de unos pocos meses para que concluya el proyecto, el equipo está centrado en finalizar sus casos de prueba. «También tenemos un paquete de trabajo dedicado a la optimización del código programado hasta ahora —explicó el Dr. Dadvand—. Tratamos de mejorar su rendimiento y gestionar mejor la memoria». Además, el solucionador de NUMEXAS se está adaptando para que funcione con objetos en movimiento. El ámbito académico ya puede aprovechar los resultados del proyecto, puesto que el kérnel —o núcleo— de NUMEXAS – KRATOS Multi-physics, que es un código de grandes dimensiones con un fuerte elemento de las ciencias físicas, es de código libre. Se está en comunicación con entidades de la industria con vistas a emprender proyectos conjuntos. «Dudo que la industria se pase a la exaescala a corto plazo, pero vemos que ya se enfrentan a problemas complejos que requieren de máquinas bastante grandes. Nuestro objetivo es acercarla a la petaescala, como mínimo. Aunque a día de hoy no pueden utilizar nuestra tecnología, tenemos previsto celebrar un proyecto complementario a tal efecto una vez finalice NUMEXAS», anunció el Dr. Dadvand. Dadvand opina que es demasiado pronto para vaticinar si saldrá al mercado algún producto derivado próximamente. «Habrá que esperar al menos dos años. Es el tiempo que necesitamos para convertir nuestros prototipos en productos tangibles. El generador de mallas ya es un producto, pues se finalizó en el primer año del proyecto, pero aún se necesitará cierto tiempo para preparar el sistema al completo para su comercialización».
Palabras clave
NUMEXAS, computación de alto rendimiento, HPC, exaescala, industria, geometrías complejas
