La puissance de l'informatique HPC appliquée aux formes complexes
Publié par Redbran le 08/05/2016 à 12:00
Source: CORDIS-Europa

Illustration: NUMEXAS
À l'approche des premières machines capables de franchir la barre de l'exaflops, il est urgent de combler l'écart entre les avancés techniques de l'informatique haute performance (HPC) et leurs applications dans les processus industriels. C'est dans cette optique (L'optique est la branche de la physique qui traite de la lumière, du rayonnement électromagnétique et de ses relations avec la vision.) que le projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a priori à l’identique, nécessitant le...) NUMEXAS a conçu de nouvelles méthodes numériques et programmes.

À quoi servira un ordinateur (Un ordinateur est une machine dotée d'une unité de traitement lui permettant d'exécuter des programmes enregistrés. C'est un ensemble de circuits électroniques...) capable d'exaflops s'il lui manque les méthodes de simulation numérique (Une information numérique (en anglais « digital ») est une information ayant été quantifiée et échantillonnée, par opposition à une information...) pour concrétiser son potentiel? Comment cette augmentation de la puissance (Le mot puissance est employé dans plusieurs domaines avec une signification particulière :) de calcul pourrait-elle bénéficier à la conception d'avions ou de grands immeubles? Le projet NUMEXAS visait à répondre à ces questions. Avec ses nouvelles méthodes de simulation, le projet pourrait permettre aux entreprises, aux gouvernements et aux universités de résoudre de manière simple et efficace des problèmes pluridisciplinaires à grande échelle (La grande échelle, aussi appelée échelle aérienne ou auto échelle, est un véhicule utilisé par les sapeurs-pompiers, et qui emporte une échelle escamotable de...) dans les sciences appliquées et l'ingénierie (L'ingénierie désigne l'ensemble des fonctions allant de la conception et des études à la responsabilité de la construction et au contrôle des équipements d'une...).

"NUMEXAS est assez différent des autres projets financés par l'UE dans le domaine de l'exa-informatique", déclare le Dr Pooyan Dadvand, qui coordonne le projet pour le Centro Internacional de métodos numéricos en Ingeniería (CIMNE) à Barcelone (Barcelone (Barcelona en catalan et en castillan) est une commune de Catalogne - Espagne, située dans la province de Barcelone. Elle est la capitale historique, administrative et économique de la Catalogne....) en Espagne. "Nous essayons de mettre l'informatique (L´informatique - contraction d´information et automatique - est le domaine d'activité scientifique, technique et industriel en rapport avec le traitement automatique de l'information par des machines...) HPC au service de problèmes industriels en ciblant les interactions de structures fluides et les formes complexes. Par exemple, nous avons pu simuler avec nos solveurs les vents à Barcelone sur une zone de 64 kilomètres (Le mètre (symbole m, du grec metron, mesure) est l'unité de base de longueur du Système international. Il est défini comme la distance parcourue...) de côté et avec une résolution de 4 mètres, ce qui était impossible auparavant".

Contrairement aux solveurs habituels qui basent leurs calculs sur des formes simples (des cubes par exemple) NUMEXAS propose un générateur de maillage non structuré, capable de créer des milliards d'éléments et de gérer des formes complexes. "C'est précisément ce qui nous rapproche des problèmes industriels. Dans un maillage structuré, la géométrie (La géométrie est la partie des mathématiques qui étudie les figures de l'espace de dimension 3 (géométrie euclidienne) et,...) est une association de blocs variés, qui peuvent être divisés en blocs plus petits. Cette subdivision des blocs est très coûteuse en temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.). En revanche, NUMEXAS travaille avec un maillage non structuré, à génération automatisée. Ceci élimine aussi la nécessité de nettoyer la géométrie. Et le post-traitement des résultats est très efficace", souligne le Dr Dadvand.

En éliminant le nettoyage de la géométrie, NUMEXAS a rendu (Le rendu est un processus informatique calculant l'image 2D (équivalent d'une photographie) d'une scène créée dans un logiciel de modélisation 3D comportant à la fois des objets et des sources de...) l'informatique HPC bien plus intéressante pour les acteurs industriels. Ceci peut réduire à 10 minutes ( Forme première d'un document : Droit : une minute est l'original d'un acte. Cartographie géologique ; la minute de terrain est la carte originale, au crayon, levée sur le terrain. ...) au lieu d'une semaine la durée du calcul, et mieux encore, élimine les deux mois (Le mois (Du lat. mensis «mois», et anciennement au plur. «menstrues») est une période de temps arbitraire.) nécessaires pour nettoyer une géométrie aussi énorme. L'un des autres objectifs de l'équipe de NUMEXAS est de réduire la durée de récupération des résultats.

Parmi les avantages potentiels de cette méthode, citons des solutions à des problèmes thermomécaniques dans la fabrication, ou la simulation des flux (Le mot flux (du latin fluxus, écoulement) désigne en général un ensemble d'éléments (informations / données, énergie, matière, ...) évoluant dans un sens commun. Plus précisément le terme est employé dans les domaines...) de pollution (La pollution est définie comme ce qui rend un milieu malsain. La définition varie selon le contexte, selon le milieu considéré et selon ce que l'on peut entendre par malsain [1].) dans une ville (Une ville est une unité urbaine (un « établissement humain » pour l'ONU) étendue et fortement peuplée (dont les habitations doivent être à moins de 200 m chacune, par opposition aux...) afin de déterminer l'impact exact de chaque source.

"C'est le genre de simulation que nous pouvons certainement conduire, en ajoutant quelques modèles pour mesurer les interactions avec l'air (L'air est le mélange de gaz constituant l'atmosphère de la Terre. Il est inodore et incolore. Du fait de la diminution de la pression de l'air avec l'altitude, il est nécessaire de pressuriser les cabines des avions et autres...) ou des produits chimiques", affirme le Dr Dadvand. L'informatique cloud pourrait aussi bénéficier des résultats du projet, et quelques discussions informelles ont déjà eu lieu.

Un processus continu d'amélioration

À quelques mois de la fin du projet, l'équipe finalise les cas de test. "Nous avons aussi un programme d'action dédié à optimiser le code que nous avons écrit jusqu'ici", souligne le Dr Dadvand. "Nous essayons d'améliorer les performances et aussi de mieux gérer la mémoire (D'une manière générale, la mémoire est le stockage de l'information. C'est aussi le souvenir d'une information.)." Par ailleurs, le solveur de NUMEXAS est en cours d'adaptation à des objets mobiles.

Les universités peuvent déjà tirer parti des résultats du projet, car le kernel de NUMEXAS, disponible en open source sur KRATOS Multi-physics, est un très gros programme impliquant beaucoup de physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens général et ancien, la physique...). La communication (La communication concerne aussi bien l'homme (communication intra-psychique, interpersonnelle, groupale...) que l'animal (communication intra- ou inter- espèces) ou la machine (télécommunications, nouvelles technologies...),...) avec les entreprises est en cours, en vue (La vue est le sens qui permet d'observer et d'analyser l'environnement par la réception et l'interprétation des rayonnements lumineux.) d'organiser des projets en commun. "Je ne vois pas les entreprises passer (Le genre Passer a été créé par le zoologiste français Mathurin Jacques Brisson (1723-1806) en 1760.) à l'exa-informatique dans un délai (Un délai est d'après le Wiktionnaire, « un temps accordé pour faire une chose, ou à l’expiration duquel on sera tenu de faire une certaine chose.  ».) prévisible, mais nous constatons qu'elles rencontrent des problèmes dont la complexité (La complexité est une notion utilisée en philosophie, épistémologie (par exemple par Anthony Wilden ou Edgar Morin), en physique, en biologie...) requiert des machines puissantes. Nous voulons au moins les rapprocher de la peta-informatique. Elles ne peuvent pas utiliser nos solutions dans l'immédiat, mais nous comptons lancer dans ce but un projet après NUMEXAS", ajoute le Dr Dadvand.

Le Dr Dadvand estime qu'il est trop tôt pour déterminer si un quelconque produit sera bientôt commercialisé. "Il faudra au moins deux ans. C'est le temps nécessaire pour transformer nos prototypes en produits concrets. Le générateur de maillage est déjà un produit car il a été achevé durant la première année (Une année est une unité de temps exprimant la durée entre deux occurrences d'un évènement lié à la révolution de la Terre autour du Soleil.) du projet, mais la préparation de tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) le système en vue d'une commercialisation prendra plus de temps."

Pour plus d'information voir: NUMEXAS
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