Стенфордський вчені встановили рекорд, задіявши одночасно мільйон ядер одного з найбільш потужних сучасних суперкомп'ютерів
Вчені зі Стенфордського центру з вивчення турбуленції (Stanford Engineering Center for Turbulence Research, CTR) встановили новий рекорд в області суперкомп'ютерних обчислень. При розрахунку гидрогазодинамической математичної моделі, що дозволяє визначити рівень шуму від роботи реактивного двигуна на надзвуковій швидкості, їм вдалося задіяти мільйон обчислювальних ядер другого за потужністю у світі суперкомп'ютера IBM BlueGene/Q "Sequoia", що знаходиться в розпорядженні Ліверморської національної лабораторії імені Лоуренса (Lawrence Livermore National Laboratories, LLNL) Міністерства енергетики США.
Нагадаємо, що суперкомп'ютер IBM BlueGene/Q "Sequoia" деякий час тому займав першу позицію рейтингу Top-500. Неймовірно високу обчислювальну потужність суперкомп'ютера "Sequoia" забезпечують 1572864 обчислювальних ядер його процесорів, пам'ять, об'ємом 1.6 петабайта, і п'ятимірний кругова комунікаційна магістраль, що дозволяє ефективно обмінюватися даними між різними вузлами суперкомп'ютера.
Використовуючи значні можливості суперкомп'ютера "Sequoia", Джозеф Ніколс (Joseph Nichols), науковий співробітник центру CTR, зумів створити математичну модель, що складається з мільйона незалежних циклів газогидродинамических розрахунків, кожен з яких виконувався на окремому обчислювальному ядрі суперкомп'ютера. Розрахунок математичної моделі роботи реактивного двигуна дозволить вченим вивчити динаміку його реактивного потоку і визначити основні джерела виникнення шумів. Використовуючи ці дані і внісши відповідні зміни в конструкцію авіаційного двигуна, можна буде створювати двигуни, що відрізняються низьким рівнем шуму.
"Математичні моделі з області обчислювальної газогидродинамики (Computational fluid dynamics, CFD), такі, як створив Джозеф Ніколс, неймовірно складні" - розповідає Парвіз Моін (Parviz Moin), директор центру CTR, - "Тільки недавно, з появою найпотужніших суперкомп'ютерів з сотнями тисяч обчислювальних ядер, стало можливим розрахувати моделі реактивних двигунів і створюваний ними шум з високою точністю і прийнятною швидкістю розрахунків".
Створена математична модель реактивного двигуна на всю котушку використовує всі можливості суперкомп'ютера "Sequoia". Звукові хвилі, що розраховуються в процесі моделювання, взаємодіють і впливають один на одного, що вимагає спеціально розрахованого балансу між обчислювальною потужністю, пам'яттю і комунікаційної магістраллю.
"У таких суперкомп'ютерах, як "Sequoia", складні математичні обчислювальні алгоритми штучно дробляться на менші частини, які можуть бути розраховані одночасно. І чим більше ядер має в своєму розпорядженні суперкомп'ютер, тим швидше він може виконати більш складні розрахунки" - розповідає Парвіз Моін, - "І все ж, незважаючи на наявний резерв обчислювальної потужності, ми не змогли використати весь потенціал суперкомп'ютера з-за деяких проблем, що виникають при використанні величезної кількості обчислювальних ядер. На рівні використання мільйона ядер деякі раніше "нешкідливі" частини машинного коду можуть раптово стати вузькими місцями, знизивши ефективність всієї системи в цілому".
Машинний код, який використовувався для розрахунків математичної моделі реактивного двигуна, називається CharLES. Він був розроблений групою зі Стенфордського університету, очолюваної старшим науковим співробітником Франком Хемом (Frank Ham). В основі цього коду лежать неструктуровані цикли, що дозволяють моделювати турбулентні потоки в присутності складній геометрії елементів конструкції реактивного двигуна. Крім моделювання рівня шумів, програмний пакет CharLES може використовуватися для моделювання турбулентних потоків при роботі прямоточних реактивних двигунів при польотах на швидкостях, в кілька разів перевищують швидкість звуку.