Un nouveau supercalculateur pour la recherche aérospatiale

Le calculateur SATOR, installé au centre ONERA de Châtillon

Sa performance « crête » est de 667 Tflop/s* et sa performance LINPACK* est de 579 Tflop/s, offrant à l’ONERA un retour dans le classement mondial Top 500 HPC. La machine comporte une partie refroidie classiquement par circulation d’air ambiant dans les baies et une partie comportant des  éléments alimentés en eau glacée et permettant de refroidir l’air au plus près des équipements informatiques. Les noeuds de calcul, composés de deux processeurs Intel Broadwell E5-2680v4 à 14 coeurs cadencés à 2.4 GHz, offrent 128 Go de mémoire et sont reliés par un réseau haute performance Intel OmniPath.

Par rapport à la configuration précédente, les augmentations de la puissance des cœurs de calcul et de leur nombre offre une puissance « opérationnelle » 4 à 5 fois supérieure.

Le marché passé auprès de NEC prévoit une deuxième tranche à l'horizon fin 2018, qui permettra à l'ONERA de disposer au total d'une puissance crête installée  dépassant le seuil symbolique du PetaFlop/s (1140 TeraFlop/s).

* Lexique

• Un cœur de calcul est un ensemble physique de circuits capables d’exécuter des programmes de calcul de façon autonome. Les cœurs sont reliés entre eux et échangent des informations grâce à des protocoles comme  MPI ou OpenMP.
• Teraflop/s = TeraFlop/s = mille milliard d’opérations en virgule flottante par seconde (10¹² floating-point operations / s).
  1 PetaFlop/s = 1000 TeraFlop/s = 10¹⁵ Flop/s (million de milliard)
• Linpack : test de performance servant à classer les plus puissants superordinateurs du monde dans le TOP500.
• HPC : High Performance Computing

Exemple de calcul : la tuyère JEAN [djin’] avec  le logiciel Aghora

Le cas d'étude porte sur la simulation numérique de l'écoulement d'un jet turbulent subsonique (M=0,9)
à haut nombre de Reynolds (Re=10⁶), ainsi que de son champ acoustique rayonné.
L'écoulement est représenté par des isosurfaces de critère Q colorées par la vitesse axiale ;
le champ acoustique est représenté par le gradient de masse volumique.
Voir la vidéo plus bas.

Dans le contexte de réduction sonore de l'aviation civile, réaliser de telles simulations présente un double intérêt – prédire le niveau de bruit perçu et comprendre les mécanismes physiques de génération de bruit – ceci afin de mettre en place des méthodes de réduction de bruit. La réalisation de ce type de simulations numériques reste encore aujourd'hui un challenge et nécessite des méthodes de calcul très précises* avec de faibles niveaux de dissipation et de dispersion.

La simulation a été réalisée sur un maillage non-structuré composé de prismes et de tétraèdres, avec un nombre total d'éléments de 3,9 millions, ce qui correspond à un nombre de degrés de liberté de 78 millions par inconnue (pression, vitesse, température).

Cette simulation a été réalisée avec le logiciel Aghora, sur 5768 coeurs de calcul du nouveau cluster Sator pour un total de 1,6 millions d'heures CPU.
Un facteur d'accélération de 1.8 a été mesuré par rapport à l’architecture du précédent cluster Stelvio.

* Une discrétisation de type Galerkin discontinue (DG) permet une précision spatiale très fine, basée sur des techniques d'adaptation locale hp (h pour taille des mailles, p pour ordre polynomial de la fonction approchée)