Hi-Tech новости 10 Апреля 2014 года
Данная новость была прочитана 3694 раза

Новости суперкомпьютерного моделирования и инжиниринга. Математическое моделирование землетрясений на суперкомпьютере Titan компании Cray (представлено уникальное видео)

Логотип SCEC   Логотип CRAY

Исследователи проводят беспрецедентные работы по изучению повреждений, вызываемых высокочастотными вибрациями. Для ускорения вычислений применяются графические процессоры.

Последнее крупное землерясение в южной Калифорнии было в 1906 году. Оно вызвало пожары, из-за которых сгорела большая часть Сан-Франциско, и половина населения города стало бездомной. Новые землетрясения не ожидаются еще в течение ближайших 50 лет, но уже пора менять стандарты обработки информации, чтобы помочь инженерам подготовить жилой район к землетрясениям аналогичного масштаба.

«У нас не было по-настоящему больших землетрясений с тех пор, как существует Лос-Анджелес», – рассказывает Томас Джордан, руководитель Центра землетрясений Южной Калифорнии (Southern California Earthquake Center, SCEC). Но ученые считают, что это лишь временное затишье перед «бурей», которая ожидается в таких больших городах, как Сан-Франциско, Лос-Анджелес, и в других областях разлома Сан Андреас.

Чтобы подготовить Калифорнию к следующему большому землетрясению, SCEC привлекает различных специалистов – в том числе, специалиста по вычислительным системам Йифенга Кюи из Университета Калифорнии, Сан-Диего и геофизика Кима Ольсена из Государственного университета Сан-Диего – для работы на Titan, самом мощном вычислительном суперкомпьютере для открытых научных исследований, с целью более детального прогнозирования высокочастотных земелтрясений и подготовки данных, необходимых инженерам-строителям.

Titan – суперкомпьютер компании Cray Inc. установленный в национальной лаборатории Оук-Ридж (Oak Ridge National Laboratory, ORNL) для использования в научных проектах. Является обновлением суперкомпьютера Jaguar, при котором было увеличено количество центральных процессоров и добавлены GPU Nvidia Tesla K20x. Анонсирован в октябре 2011, введен в строй в октябре 2012. Занял 1 строку в ноябре 2012 в рейтинге TOP500 суперкомпьютеров мира по производительности на тесте Linpack. В июле 2013 был смещен на 2ю позицию компьютером Tianhe-2.

Вычислительная мощь Titan позволяет пользователям выполнять моделирование процессов, в которые вовлечены миллионы взаимодействующих молекул, атомов, галактик или других систем, которые трудно исследовать, производя натурные эксперименты. Подобные вычисления являются самыми большими и сложными.

«Это новаторское исследование, – рассказывает Олсен. – поскольку еще никто не моделировал высокочастотные процессы с использованием моделей, полностью основанных на физике».

Многие исследования землетрясений зависят в значительной степени от информации, полученной при наблюдении уже случившихся землетрясений, и предположений о том, что при будущих землетрясениях всё будет происходить так же, как и при предыдущих (даже если область, геологические особенности или среда отличаются).

Основанная на физике модель, используемая исследователями SCEC, вычисляет распространение волн и движение грунта, исходящие от разлома Сан-Андреас по трехмерной модели, аппроксимирующей земную кору. В сущности, реализуются физические законы в специфических геологических особенностях регионах для улучшения точности прогнозирования.

Частота сейсмических волн важна для инженеров, разрабатывающих здания, мосты и другие инфраструктурные строения, чтобы они могли создать инфраструктуру, способную выдерживать землетрясения.

«Строительные конструкции чувствительны к различным частотам, – рассказал Ольсен. – К низкочастотному воздействию более чувствительны большие постройки, такие как путепроводы через дороги и многоэтажные здания, но более маленькие здания, такие как частные дома, чувствительны к высокочастотным воздействиям, вплоть до 10 Гц».

Лучшее понимание эффектов воздействия высокочастотных волн на важные объекты поможет определить тактику реагирования на стихийные бедствия.

Высокочастотные волны вычислительно более сложные, потому что они гораздо быстрее продвигаются через грунт. И поэтому SCEC выполняет вычисления на Titan, очень детально моделируя землю: она представляет из себя участок местности, равный одной пятой территории Калифорнии, простилающийся на глубину 41 км, с пространственным разрешением 20 метров. Модели грунта учитывают детализированные трехмерные варианты структуры, через которые проходят сейсмические волны – как большие объекты (такие как осадочные бассейны), так и малые (порядка десятков метров).

В полной модели содержится 443 биллиона точек сетки. В каждой точке 28 переменных – включая различные скорости волны, напряжение и неупругое затухание волны (расход энергии волн на нагрев при движении сквозь грунт).

Моделирование землетрясения специалистами SCEC
Изображения распространения волны с частотой 10 Гц (частота проскальзывания) и поверхностное волновое поле в модели земной коры без (вверху) и с (внизу) статической моделью мелкомасштабных неоднородностей.

В 2010 году команда SCEC использовала суперкомпьютер Cray XT5 Jaguar мощностью 1,75 петафлопс для моделирования 8-бального землетрясения в разломе Сан-Андреас. При том моделировании был достигнут пик в 2 Гц. В те времена моделирование удвоенной частоты волны потребовало бы 16 -кратного увеличения вычислительной мощности.

Но на Titan в 2013 году команда смогла выполнить моделирование 7,2-бального землетрясения до частоты 10 Гц, что даст лучшие данные для проектирования зданий. Изменив свой код, изначально предназначенный для процессоров, чтобы теперь работать с графическими процессорами, ученые значительно ускорили вычисления. Моделирование выполняется в 5,2 раза быстрее, чем если бы это выполнялось на схожем по процессорам компьютере, но без GPU.

Использование гибридных CPU / GPU машин в будущем обещает существенно снизить время вычислений, что позволит быстрее анализировать и оценивать опасность. В 2010 году рассчет землетрясения в развале Сан Андреас занимало 24 часа на Jaguar, но расчет, выполненный на Titan, где была больше частота волн и более высокое разрешение, занял всего 5,5 часов.

« Мы не знаем, что случится в Калифорнии при таком сильном землетрясении, поскольку их не было на протяжении более 100 лет, – сказал Джордан. – И моделирование – это лучший способ изучить это и подготовиться».

Публикация подготовлена сотрудниками CompMechLab®  по материалам сайта OLCF.

Другие новости по этой теме на сайте FEA.ru:

04.03.2014 Новости компьютерного инжиниринга. NVIDIA ускоряет решения в ANSYS Fluid Dynamics
18.12.2013 Китай продолжает господствовать в мире суперкомпьютеров, у США по-преж­не­му боль­ше всего по­зи­ций в новом вы­пус­ке Top500, а самый быстрый суперкомпьютер Европы Piz Daint бьет рекорды энергоэффективности
24.06.2013 Представлен новый рейтинг мощнейших суперкомпьютеров Top500. Китайский суперкомпьютер Tianhe-2 признали самым мощным в мире
17.02.2013 Самый мощный в Европе суперкомпьютер производительностью 5,9 петафлопс запущен в Исследовательском центре Юлиха (Германия)
07.02.2013 Суперкомпьютер Eurora на базе графических ускорителей NVIDIA Tesla на архитектуре NVIDIA Kepler устанавливает мировой рекорд по энергоэффективности
06.12.2012 Новый сопроцессор Intel Xeon Phi становится серьезным конкурентом графическим ускорителям NVIDIA и AMD
23.11.2012 70 приложений, включая ведущие CAE-системы (ANSYS Mechanical, SIMULIA/Abaqus/Standard, MSC.Nastran, MSC.Marc, RADIOSS и др.), получили GPU-поддержку графических процессоров для ускорения расчетов
15.08.2012 NVIDIA Maximus совершает переворот в области высокопроизводительных рабочих станций с помощью архитектуры Kepler
17.11.2011 Графические процессоры NVIDIA Tesla ускоряют суперкомпьютер NCSA в рамках проекта Blue Waters
16.11.2011 Японский K Computer возглавил список Top500 самых высокопроизводительных суперкомпьютеров в мире
12.11.2011 Самый мощный в мире суперкомпьютер K-Computer (Япония) впервые преодолел барьер в 10 петафлопс
09.07.2011 Рейтинг Green500 наиболее энергетически эффективных вычислительных систем мира
26.06.2011 В российских университетах и научных организациях широко применяются супервычисления на GPU
24.05.2011 Dassault Systemes использует графические процессоры NVIDIA для конечно-элементных расчетов с помощью Abaqus 6.11
23.04.2011 CompMechLab - "КАДФЕМ Си-Ай-Эс" - Форсайт: отчет о результатах исследования ускорения расчетов в ANSYS 12.1 и 13.0 при использовании SSD и NVIDIA Tesla
10.03.2011 Пресс-релиз. Исследование ускорения расчетов в ANSYS 12.1 и 13.0 при использовании SSD и NVIDIA Tesla
13.04.2009 Nvidia начала продвижение в России персональных суперкомпьютеров Tesla производительностью от 1 Тфлопс

Теги новости:
Cray