Aplicar la dinámica de fluidos avanzada a la exaescala
La dinámica de fluidos computacional (DFC) consiste en la aplicación de análisis numéricos y datos masivos para evaluar y resolver problemas relacionados con los flujos de fluidos. La DFC es fundamental en una amplia gama de ámbitos industriales, como la aerodinámica y el análisis aeroespacial, la simulación meteorológica e incluso los efectos visuales para películas y juegos. Por tanto, unos cálculos de DFC más rápidos y potentes beneficiarían a toda una serie de usuarios finales, al mejorar la precisión y velocidad de los modelos informáticos y las simulaciones. Con este fin, el equipo del proyecto SCALABLE, coordinado por CS GROUP en Francia, pretendía desarrollar y probar una nueva clase de métodos computacionales, con vistas a alcanzar este objetivo.
Simulación de flujos de fluidos muy complejos
Para ello, en el proyecto SCALABLE se aplicó lo que se conoce como Métodos de Lattice Boltzmann (LBM), un método de DFC que ha demostrado ser significativamente más rápido que los métodos de DFC convencionales. Los LBM son técnicas numéricas que pueden utilizarse para simular flujos de fluidos muy complejos. Su ventaja reside en su capacidad para representar fácilmente fenómenos físicos complejos, desde los flujos multifásicos hasta las interacciones químicas. En el contexto de la informática de alto rendimiento (HPC), existe un potencial enorme en la combinación de LBM con arquitecturas avanzadas de superordenadores. Sin embargo, un inconveniente clave es el hecho de que las técnicas de LBM consumen mucha energía en comparación con otras metodologías numéricas. Esto ha limitado su aplicación en el ámbito de la HPC. El objetivo de SCALABLE era, por tanto, encontrar una forma de aplicar los LBM en el contexto de la HPC, para ofrecer la eficiencia y escalabilidad necesarias para los sistemas europeos de computación a exaescala del futuro.
Rendimiento, escalabilidad y eficiencia
En el proyecto se reunió a un grupo de eminentes socios industriales y académicos de tres países europeos. El objetivo era desarrollar un «software» de DFC basado en LBM, capaz de alcanzar un rendimiento, una escalabilidad y, sobre todo, una eficiencia energética sin precedentes. El equipo del proyecto utilizó el código de investigación de dominio público waLBerla, que ofrece un rendimiento y una escalabilidad excelentes, y actualmente se ejecuta en algunos de los mayores clústeres de HPC del mundo. En el proyecto también se utilizó el «software» de DFC industrial ProLB (antes conocido como LaBS). Esta solución informática, basada en LBM, ofrece una modelización aerodinámica precisa para ayudar a los ingenieros a tomar decisiones de diseño en una fase temprana. Aunque ha alcanzado un alto grado de madurez, todavía se puede mejorar su rendimiento.
Tecnología punta en modelización
El equipo de SCALABLE combinó con éxito las ventajas de estas dos herramientas de DFC existentes para ofrecer una tecnología de modelización de vanguardia adaptada a la computación a exaescala. De este modo, en el proyecto también se contribuyó a romper los silos existentes entre el mundo de la informática científica y el de la modelización física de flujos. El «software» prototipo se probó en una serie de casos de prueba relacionados con la modelización de la convección y la turbulencia. Estas simulaciones son fundamentales para el diseño de elementos como los motores de aeronaves, las turbinas eólicas y los sistemas de refrigeración. El equipo del proyecto también se centró específicamente en la modelización de los trenes de aterrizaje de los aviones. Esto proporcionó un caso de prueba útil para evaluar la precisión y el rendimiento del «software» prototipo de DFC del proyecto. Los logros y avances obtenidos durante SCALABLE serán aprovechados ahora por los socios académicos e industriales del proyecto. El proyecto SCALABLE se llevó a cabo con el apoyo de la Empresa Común de Informática de Alto Rendimiento Europea (EC EuroHPC), una iniciativa creada para desarrollar un ecosistema de supercomputación de categoría mundial en Europa.
Palabras clave
SCALABLE, EC EuroHPC, HPC, exaescala, supercomputación, dinámica de fluidos, DFC, aeroespacial, automovilística