Győri HPC kutatások és alkalmazások dr. Horváth Zoltán dr. Környei László Fülep Dávid Széchenyi István Egyetem Matema5ka és Számítástudomány Tanszék 1
HPC szimulációk az iparban Feladat: Rába- futómű terhelés hatására történő alakváltozásának kiszámítása számítógépes szimulációval Megoldás: Munkaállomáson: 7 óra Egyetem szuperszámítógépen 4 magon: 111 perc 8 magon: 73 perc 48 magon: 29 perc 2
Kereskedelmi és egyedi fejlesztésű szo[verek HPC környezetben Kereskedelmi szo[verek o Szimuláció o SIMULIA Abaqus o Ansys Fluent o NX Nastran o Egyéb o Matlab o Maple Egyedi fejlesztésű szo[ver o PARMOD szimulációs környezet o PARMOD- Nastran csatolás Szabad felhasználású szo[verek o PetSC, OpenFOAM 3
A Fluent teljesítménye párhuzamos fugatások esetén Speedup from 8 cores 6 5 4 3 2 1 1.00 2.05 1.78 1.42 1.32 4.02 3.07 2.16 1.79 5.23 5.01 2.70 2.07 E3 lendkerék terhelés E6 hengerfejcsavar meghúzás S2A mélyhúzás 0 8 16 32 64 Number of cores S4D koncentrikus gömbök 4
A Fluent egy alkalmazása: Faelgázosító kazán hő és áramlástani szimulációja Valódi kazán modellje: Hőközlés, hőátadás, áramlás szimulációja k- ε turbulencia modellel, 2,5 millió cella Szo[verek: Autodest Inventor, Altair Hypermesh, Tgrid (előkészítés), Ansys fluent (szimuláció) 5
PARMOD (PARalell MODellező) a kutatócsoport egyedi fejlesztésű szimulációs keretrendszere Keretrendszer fizikai szimulációk implementálására C++ és Python nyelven Elsősorban CFD szimulációkra fejleszteg Technológiák és könyvtárak: MPI, OpenMP, CUDA PetSC, ParMETIS, Boost Támogatog geometriák: 2D és 3D hálók Általános poliéder és speciális hálók Importálás NASTRAN formátumból Konfigurációk, VTK megjelenítés, mentés/visszatöltés támogatása 6
Szimulációk PARMOD- ban: Navier- stokes egyenletek megoldása o Többkomponensű gáz áramlási szimulációja o Turbulenciás k- ε Navier- Stokes modellben o Implementálás spektrális differenciák (SD) módszerével o Párhuzamosítás MPI segítségével: 210- szeres, közel lineáris gyorsulás 228 magon 7
Szimulációk PARMOD- ban: Kétszelepes motor áramlástani szimulációja o Többkomponensű gáz áramlás o Euler és Navier- stokes modellek o Elsőrendő, explicit megoldás o Cseuntés algoritmus a mozgás kezelésére o Párhuzamosítás MPI, OpenMP és MPI+OpenMP hibrid segítségével: 60- szoros gyorsulás 192 CPU magon 8
Szimulációk PARMOD- ban: Tomográfiás rekonstrukció GPU hardveren Fúziós reaktor plazmájának vizsgálata tomográfia segítségével Tomográfiás rekonstrukció bázisfüggvény segítségével: veszteség függvény minimalizálása regularizációval Esetlegesen több képsor rekonstrukciója Származtatog szimmetrikus mátrix Cholesky féle dekompozíciója párhuzamosítható Rekonstrukciós sebesség: CPU: 800 FPS, GPU: 56 000 FPS 80- szoros gyorsulás 9
Szimulációk PARMOD- ban: Áramlástani szimuláció GPU klaszteren Kétkomponensű gáz áramlástani szimulációja szélcsatornás teszxeladatban Euler modell, ideális gáz Első rendű, explicit módszer Párhuzamosítás: MPI+Cuda hibrid Hardver: 4 x nvidia GTX 280 Gyorsulások: 155 000 cellánál 120,5 642 000 cellánál 169,9 2 570 000 cellánál 207,5 10
Összefoglalás tervek A kereskedelmi és egyedi fejlesztésű szo[verek alkalmasak HPC hardveren történő fugatásra A tanszéki kutatócsoport szakmailag felkészült a legújabb technológiák alkalmazására Cél a szo[vereink elérhetővé tétele ipari felhasználók számára A PARMOD fejlesztésében újabb tudományos eredmények alkalmazása és elérése 11