Essais & Simulations n°141

ESSAIS ET MODÉLISATION

ESSAIS ET MODÉLISATION POINT DE VUE Le rôle croissant de la simulation numérique dans le HPC La simulation numérique a toujours été intimement liée au HPC – le High Performance Computing depuis ses débuts dans les années 1970-1980. La puissance de calcul est un atout indispensable pourlancer et faire des simulations numériques, comme en témoignent Florence Barré, Corporate & Financial Communication Manager d’ESI Group, et Francisco Chinesta, directeur du Département scientifique d’ESI Group. Dès la création de l’entreprise en 1973, ESI et ses fondateurs ont tout de suite compris le lien fort qui existait entre la simulation et la HPC mais surtout que le HPC offrait un potentiel de création de valeur « infini » pour la simulation. Dès ses débuts, ESI s’est associé à plusieurs grands noms du HPC pour son développement : Cray et IBM. On peut notamment citer deux faits marquants. D’une part, le premier crash virtuel de l’histoire réalisé en 1985 pour un consortium d’industriels automobiles dont Volkswagen, a été effectuée sur supercalculateur vectoriel Cray. D’autre part, c’est avec IBM et des études pour des grands noms de l’industrie automobile nippone que le groupe ESI s’est développé au pays du Soleil Levant au début des années 1990. Le développement de l’entreprise n’a eu de cesse d’accompagner celui des grands acteurs du High Performance Computing. L’augmentation des puissances de calcul permet de proposer des solutions de simulation de plus en plus rapides avec des volumes accrus pour des problématiques toujours plus complexes pour les acteurs industriels. Le groupe aide les industriels à trouver des solutions pour simuler le comportement et la performance de produits pour lesquels le recours aux tests physiques était impossible soit à cause d’une trop grande complexité, soit à cause de l’impossibilité pure et simple du recours au réel (par exemple : la simulation du crash d’un avion sur une centrale nucléaire). Encore aujourd’hui, le défi du groupe ESI est d’accompagner les industriels à pouvoir s’engager sur des 34 IESSAIS & SIMULATIONS • N°141 • mai - juin 2020

ESSAIS ET MODÉLISATION résultats ; sur la performance de leur produit lorsqu’il est utilisé. C’est ainsi qu’ESI aide des industriels à s’engager sur un nombre d’atterrissage supporté par des trains d’atterrissage ou sur le nombre d’heures de vol d’aéronefs avant le recours aux opérations de maintenance. D’une simulation durant plusieurs jours à la possibilité de réaliser des milliers de simulations en une nuit grâce à un couplage de HPC et des méthodologies de réduction de modèles, la puissance du HPC a accompagné cet accroissement de valeur proposée aux industriels. Impliqués depuis leur création avec Teratec ou le Genci par exemple, ESI Group développe ses solutions tournant dans des architectures massivement parallèles, multicœurs… pour ainsi en quelques heures effectuer l’équivalent des dizaines de millions d’heures de calcul ! L’ÉMERGENCE DU BIG-DATA ET DU CALCUL QUANTIQUE Les acteurs du HPC ont décuplé la puissance de leur super-calculateur. De nouvelles terminologies ont ainsi émergé : le big data et le calcul quantique. Ces sujets sont tous les deux adressés par les équipes ESI pour décupler la valeur, réduire les temps de calcul et optimiser les systèmes et solution existants. Toutefois, malgré les avancées parfois spectaculaires, certains défis restent d’actualité ; défis qui sont adressés par les solutions paramétriques fabriquées par ESI grâce aux techniques de réduction de modèles PGD. Elles apportent une solution à des problèmes incluant une multitude de possibilité de choix de paramètres. Par exemple : le comportement lors d’un crash intégrant nombre scénarios d’intensité de l’impact ainsi que plusieurs choix de matériaux, épaisseurs des structures… Prix L’Usine Digitale 2019 remis lors du Forum Teratec 2019 pour le concept d’Hybrid Twin d’ESI Group Quand il s’agit de chercher un optimal dans ce dédale de solutions, on doit parcourir toutes les combinaisons possibles, nombre qui croit exponentiellement. C’est le même problème que celui de trouver un parcours optimal. Le calcul quantique s’appuyant sur les propriétés quantiques de la superposition d’états permet, d’une certaine façon, l’accès à tous les choix d’un seul coup, sans avoir besoin de les parcourir un à un. Cela permet des gains inimaginables. Il ne s’agit pas d’une différence quantitative, mais qualitative. C’est un nouveau paradigme, qui nécessite de tout repenser : hardware, software, algorithmes, logique et mentalités. VERS DES DONNÉES PLUS « INTELLIGENTES » Les données, traitées par intelligence artificielle, se marient à merveille avec la physique, commandée par les mathématiques. Ce « mariage » permet aux modèles de devenir plus précis grâce aux données, et à ces données de devenir plus « intelligentes » grâce aux modèles. ESI se base donc davantage sur ce concept de Smart Data (identifier la bonne donnée, où et quand la mesurer) plutôt que sur celui du Big Data. Les deux méthodologies ont été associées harmonieusement dans le concept d’Hybrid Twin (le jumeau hybride) créé par ESI Group et attirent désormais l’intérêt de tous, chercheurs et industriels. Afin de permettre une utilisation en temps réel, le HPC est incontournable. Il permet l’utilisation de techniques d’apprentissage machine (Machine Learning) nécessaires au stockage et à la manipulation de grandes quantités des données en temps-réel. Mais ici aussi, les limites se font sentir. L’ordinateur quantique bouleversera les pratiques, et l’optimisation, au cœur des techniques d’apprentissage, y sera clef. Florence Barré et Francisco Chinesta (ESI Group) Francisco Chinesta, Directeur du Département scientifique d’ESI Group, Médaille d’argent du CNRS 2019 ESSAIS & SIMULATIONS • N°141 • mai - juin 2020 I35