Essais & Simulations n°114

Essais

Essais et Modelisation un cheveu puis sur l’ensemble de la chevelure. Il en est de même sur les études consacrées à la peau et aux reflets qui apparaissent après l’application de certains produits. Des demandes croissantes en matière de calculs hautes performances Les utilisateurs du centre de calcul sont à la fois des pôles de recherche et des industriels © P. Stroppa / CEA. moires dont chacune comprend cinq grands chassis. Dans chaque armoire sont installés quatre-vingt-dix noeuds de calcul. Chaque noeud se compose de seize cœurs (c’est l’équivalant de deux gros PC). Les différentes armoires sont en mesure d’emmagasiner une telle densité grâce à un système de refroidissement par eau froide et dont la température est comprise entre neuf et douze degrés ; « il existe tout un système de vérification et de capteurs pour maintenir l’eau à bonne température, auquel s’ajoute un système de monitoring de la consommation électrique », explique Christine Ménaché. L’air chaud passe dans les équipements par le haut avant d’être récupéré pour servir dans le bâtiment électricité ; L’électricité parvient aux équipements par le faux plafond, l’eau par le faux-plancher. Les nœuds de calculs sont reliés par un réseau de très haut débit via la fibre optique. Des applications diverses et variées Les utilisateurs du CCRT sont de deux natures. D’une part, les pôles de recherche du CEA : la Direction des applications militaires, la Direction des sciences de la matière, la Direction des sciences du vivant et la Direction de l’énergie nucléaire. D’autre part, des acteurs industriels variés : EDF, Snecma, Turbomeca, Techspace Aero, EADS, Astrium, Areva, l’Ineris, Valeo, Thales et même L’Oréal. Une telle diversité implique des applications très diverses. On note toutefois une croissance dans le domaine des sciences du vivant et notamment dans le traitement génomique, en particulier dans le cadre du projet France Génomique où pas moins de 60 millions d’euros ont été investis. Le climat, l’astrophysique, la physique des particules ou des matériaux, les nouvelles technologies comme les microprocesseurs, le nucléaire ou encore la sismologie représentent des secteurs aujourd’hui demandeurs de calcul de haute performance. Parmi les nouveaux venus, figurent Thalès pour les systèmes aéroportés mais également L’Oréal qui, dans le contexte des lois interdisant le recours aux expérimentations animales, étudie par la simulation numérique la mécanique du mouvement de la chevelure en fonction notamment des origines de la personne, du produit appliqué sur L’arrivée de Valeo, il y a un an, montre l’intérêt croissant et récent de l’automobile dans les calculateurs. Le secteur aéronautique était déjà présent depuis longtemps mais semble désormais passer à son tour à la vitesse supérieure. Enfin, l’arrivée de l’Institut national de l’environnement industriel et des risques (Ineris) illustre le recours croissant au calcul de haute performance pour des études de qualité de l’air, en particulier lors des alertes de pollution en ville ou sur les autoroutes. La simulation n’a donc plus de domaine réservé. « Malgré tout, nous n’en sommes encore qu’au début d’une nouvelle ère ». Si les grands constructeurs automobiles se démarquent par leur absence, il s’agit souvent de raisons historiques ou logistiques puisque Renault ou PSA investissent généralement dans des machines qui leur sont propres. Toutefois, on note que Renault, en collaboration avec une grande école, a récemment déposé un projet de recherche dans le cadre du programme PRACE. Affaire à suivre... Olivier Guillon Essais & Simulations • JUIN 2013 • PAGE 30

Essais et Modelisation Développement Simuler la pluie sur GPU pour évaluer la performance d’un radar La DGA a confié à Alyotech le développement d’un logiciel de simulation de rétrodiffusion électromagnétique de la pluie sur GPU capable d’évaluer la performance de systèmes radars (au sol et aéroportés) par simulation numérique. Les précipitations atmosphériques (pluie, neige, grêle) impactent fortement la performance des systèmes radar, d’autant plus que leurs fréquences d’émission augmentent. Les simulations numériques actuelles des systèmes radar modélisent généralement l’atténuation et la rétrodiffusion de la pluie à travers des lois empiriques, représentatives de précipitations stratiformes (nuages de type nimbostratus), mais pas convectives (nuages de type cumulonimbus). Afin d’améliorer la représentativité de l’environnement de ces simulations numériques et dans le but d’évaluer l’impact de scènes de précipitations réalistes (stratiformes et convectives) sur la performance des systèmes radar, la DGA souhaite se doter d’un outil de simulation modélisant l’atténuation et la rétrodiffusion électromagnétique de la pluie sans impacter lourdement les temps d’exécution de la simulation. À la suite d’une étude de faisabilité – permettant de valider le projet – réalisée à la demande de la DGA par Alyotech et l’Onera, le groupe Alyotech s’est vu confier le développement du modèle et l’Onera sa validation. La simulation développée a pour but de modéliser finement les phénomènes d’atténuation et de rétrodiffusion électromagnétiques de Scène de pluie 3D issue du modèle WRF. la pluie à partir de scènes de nuages réalistes sur une large bande spectrale (de 30 MHz à plusieurs centaines de GHz). Une simulation à la fois dynamique et réaliste Pour répondre aux différentes exigences, la solution s’articule autour de l’utilisation du modèle de prévision météorologique méso-échelle WRF pour le rendu de scènes de pluie réalistes tridimensionnelles. Le modèle WRF permet de simuler dynamiquement de manière réaliste des processus météorologiques divers, en particulier les phénomènes de convection qui sont à l’origine des précipitations les plus intenses et donc les plus pénalisantes pour les systèmes radars. Les scènes de pluies sont discrétisées en voxels. Mais la solution s’appuie également sur un code de calcul de transfert radiatif pour déterminer l’atténuation et la rétrodiffusion électromagnétique de la pluie pour chacun des voxels de la scène 3D. Enfin, elle pofite de l’appui d’une solution HPC (High Performance Computing) permettant de ne pas alourdir, après intégration, les temps d’exécution de la simulation du système radar. Compte tenu de la dimension de la scène de pluie modélisée (plusieurs kilomètres autour du senseur radar) et du niveau de résolution envisagé (de l’ordre de quelques centaines de mètres), Alyotech a fait le choix du GPU (Graphic Processor Unit) pour cet outil de simulation. À ce stade, deux solutions sont envisagées. La première est fondée sur la bibliothèque de lancer de rayons « Optix » de NVidia permettant d’intégrer des objets complexes dans la scène. La seconde est un développement ad-hoc utilisant des octrees creux pour modéliser la scène de pluie. Cette seconde approche, plus spécifique, permet d’atteindre des performances plus élevées. Une étape de plus vers la simulation numérique sur architecture GPU L’intégration d’un tel modèle dans une simulation numérique d’un système radar (au sol ou aéroporté) permettra d’en évaluer la performance et la robustesse vis-à-vis de la pluie tout en n’alourdissant pas les temps d’exécution grâce à la solution GPU. Il pourra participer à son dimensionnement (antenne, chaînes de réception,…), à sa qualification (respect d’exigences) ainsi qu’à l’évaluation de sa sensibilité dans le cadre de préparation d’emploi opérationnel (levée de risque). Cet outil, dont la première version sera disponible fin 2013, constitue une nouvelle étape pour le groupe Alyotech dans sa capacité à concevoir des solutions de simulations numériques sur architecture GPU. Les évolutions déjà pressenties permettront de traiter d’autres types d’hydrométéores : glace et neige. Le groupe continue d’ailleurs d’investir dans le domaine de la simulation numérique optimisée par GPU dans le domaine de l’environnement, notamment autour des senseurs EM, visibles et optroniques. Plusieurs projets de R&D sont en cours de développement, preuve de son expertise et de sa capacité d’innovation. Essais & Simulations • JUIN 2013 • PAGE 31