Appliquer la dynamique des fluides de pointe à l’échelle exaflopique
La mécanique des fluides numérique (MFN) implique l’application de l’analyse numérique et des mégadonnées pour évaluer et résoudre les problèmes liés à l’écoulement des fluides. La MRN est essentielle dans un grand nombre de domaines industriels, notamment l’aérodynamique et l’analyse aérospatiale, la simulation météorologique et même les effets visuels pour les films et les jeux. Des calculs de MFN plus rapides et plus puissants profiteraient donc à de nombreux utilisateurs finaux, en améliorant la précision et la rapidité des modèles et simulations informatiques. Le projet SCALABLE, coordonné par CS GROUP en France, a voulu développer et tester une nouvelle classe de méthodes de calcul, en vue d’atteindre cet objectif.
Simuler des écoulements de fluides très complexes
Pour ce faire, l’équipe du projet SCALABLE a appliqué ce que l’on appelle les méthodes de Boltzmann sur réseau (MBR), une approche de MFN qui s’est avérée beaucoup plus rapide que les approches conventionnelles. Les MBR sont des techniques numériques qui peuvent être utilisées pour simuler des écoulements de fluides très complexes. Leur force réside dans leur capacité à représenter de manière simple des phénomènes physiques complexes, allant des écoulements multiphasiques aux interactions chimiques. Dans le contexte du calcul haute performance (CHP), la combinaison des MBR avec les architectures de supercalculateurs avancés détient un potentiel énorme. Un inconvénient majeur subsiste cependant: les techniques MBR consomment énormément d’énergie par rapport à d’autres méthodologies numériques. Cela a limité leur application dans le domaine du CHP. L’objectif de SCALABLE était donc de trouver un moyen d’appliquer les MBR dans le contexte du CHP, afin de fournir l’efficacité et l’évolutivité nécessaires aux futurs systèmes de calcul exaflopique européens.
Performance, évolutivité, efficacité
Le projet a réuni un groupe d’éminents partenaires industriels et universitaires de trois pays européens. L’objectif était de développer un logiciel de MFN basé sur les MBR, capable d’atteindre des performances, une évolutivité et surtout une efficacité énergétique sans précédent. L’équipe du projet s’est appuyé sur le code de recherche du domaine public waLBerla, qui offre d’excellentes performances et une grande évolutivité, et qui est actuellement exécuté sur certains des plus grands clusters de CHP du monde. Le projet a également fait appel à un logiciel industriel de MFN baptisé ProLB (anciennement connu sous le nom de LaBS). Cette solution logicielle, basée sur les MBR, génère une modélisation aérodynamique précise pour aider les ingénieurs à prendre des décisions très tôt dans le processus de conception. Bien qu’ayant atteint un niveau de maturité élevé, les performances peuvent encore être améliorées.
Une technologie de modélisation de pointe
L’équipe de SCALABLE a réussi à combiner les avantages de ces deux outils MFN, pour offrir une technologie de modélisation de pointe adaptée à l’informatique exaflopique. Ce faisant, le projet a également contribué à faire tomber les cloisonnements entre le monde de l’informatique scientifique et celui de la modélisation des flux physiques. Le logiciel prototype a été testé dans divers cas d’utilisation impliquant la modélisation de la convection et de la turbulence. Ces simulations sont essentielles à la conception d’éléments tels que les moteurs d’avion, les turbines d’éoliennes et les systèmes de refroidissement. Le projet s’est également intéressé de près à la modélisation des trains d’atterrissage des avions. Cela a permis de tester la précision et les performances du logiciel prototype MFN du projet. Les partenaires universitaires et industriels du projet vont à présent s’appuyer sur les succès et les percées réalisés dans le cadre de SCALABLE. Le projet SCALABLE a été mené avec le soutien de l’entreprise commune européenne pour le calcul haute performance (EuroHPC JU), une initiative conçue pour développer un écosystème de calcul intensif de classe mondiale en Europe.
Mots‑clés
SCALABLE, EuroHPC JU, CHP, exaflopique, supercalculateur, dynamique des fluides, MFN, aérospatiale, automobile