Seuraavan sukupolven algoritmeja avaruus- ja ilmailualan kilpailukyvyn parantamiseksi
”Tarvitsemme uuden sukupolven CFD-työkaluja, jotka pystyvät hyödyntämään parhaiten 1 eksaflopsin järjestelmiä ja myöhemmin kokonaisia eksa-tason järjestelmiä.”
Prototyypit, tuulitunnelitestaukset ja lentotestit tekevät avaruus- ja ilmailualan tutkimuksesta ja kehityksestä hyvin kallista. Näiden testien toisintaminen digitaalisesti – niin sanottu virtauslaskenta (CFD) – on vähentänyt huomattavasti testien kustannuksia ja markkinoilletuontiaikaa. Nämä mallit eivät kuitenkaan pysy mukana laskentatehon kasvun vauhdissa, joten lentokoneiden valmistajilta puuttuu paljon tarvittuja resursseja. ”Tarvitsemme uuden sukupolven CFD-työkaluja, jotka valjastavat 1 eksaflopsin järjestelmien hyödyt ja ajan myötä hyödyntävät myös eksa-tason järjestelmiä, joiden odotetaan olevan saatavilla alle kolmen vuoden päästä”, sanoo Oriol Lehmkuhl, Large-scale Computational Fluid Dynamics -ryhmän johtaja Barcelona Supercomputing Center -keskuksesta. NextSim-hankkeen koordinaattori Lehmkuhl ja hänen kumppaninsa aikovat kehittää joukon uusia algoritmeja, joiden suppenemista ja tarkkuutta on parannettu. Hänen sanojensa mukaan ”NextSimin tutkimus arvioi ja parantaa tärkeimpiä lentosimulaattorien ratkaisualgoritmeja. Pyrimme alle yhteen tuntiin 3D-lentokonesimulaation suorittamisessa ja yhteen yöhön monimutkaisissa, kolmiulotteisissa epävakaan turbulenssin Scales Resolving Simulations -ratkaisuissa. Näiden avulla lentokoneiden suunnittelijat saavat enemmän optimoidumpia tuloksia vähemmässä ajassa.” Hanke pohjautuu CDF-työkalujen käytön lisääntymiseen ja alan vaatimuksiin, jotka edellyttävät yhä suurempia ja pidempiä simulaatioita. Tämänhetkisten numeeristen työkalujen laskenta-ajat ovat liian pitkiä teollisesti merkittävien ongelmien käsittelyyn, ja käyttäjät ovat todenneet luotettavuuden ja tarkkuuden puutteita vaativissa lento-olosuhteissa. Kuten Lehmkuhl toteaa: ”Nämä heikkoudet estävät virtuaalisten työkalujen täysimittaisen hyödyntämisen suunnitteluun ja sertifiointiin. Ongelma ei koske vain avaruus- ja ilmailualaa, vaan myös autoteollisuutta, tuulivoimaa, propulsiojärjestelmiä, materiaalia lisäävää valmistusta ja useita muita aloja.” Yksi NextSimin tärkeimmistä tavoitteista on hankkeen menetelmien demonstrointi hankekumppani Airbusin markkinoiden kannalta olennaisille ongelmille. Hankkeessa keskitytään avaruus- ja ilmailualan ongelmiin, kuten päästöjen vähentämiseen, turvallisuuteen, meluun ja suorituskykyyn. Sen tutkimuksia voidaan kuitenkin hyödyntää millä tahansa alalla, jossa tarvitaan numeerista diskretisointia ja osittaisdifferentiaaliyhtälöiden integrointia suunnitelmiin.
Keywords
NextSim, HPC, suurteholaskenta, supertietokone, teknologiat, digitaalinen suvereniteetti, kvanttilaskenta, innovaatio, vihreä IT, energiatehokas, taidot, pk-yritykset