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Le calcul scientifique intensif

Des puissances de calcul à la hauteur des besoins de l'aérospatiale

Depuis que les ordinateurs et la simulation numérique existent, l’ONERA est à la pointe dans le domaine. Les plateformes logicielles performantes que développent ses ingénieurs permettent d’assurer des rendus d’un niveau de précision toujours plus élevé, et assurent une complémentarité parfaite avec les moyens expérimentaux.

De nombreux thèmes de recherche des départements scientifiques de l’ONERA nécessitent un recours à des moyens de calcul adaptés : l'aérodynamique (avec la CFD - Computational Fluid Dynamics ou mécanique des fluides numérique), l’énergétique, le traitement du signal, la mécanique des structures, le deep learning…

Pour répondre à ces besoins, l’ONERA met à la disposition de ses chercheurs un ensemble d’infrastructures informatiques dédiées au calcul haute performance. Ces moyens couvrent un large spectre allant de moyens de développement pour qualifier et faire évoluer les logiciels de simulation sur les dernières architectures disponibles, jusqu’à des moyens massivement parallèles permettant de mener à bien des simulations bien plus complexes.

La direction des Systèmes d’information (DSI) conçoit l’architecture globale de ces solutions mutualisées. Elle est aussi en charge de les exploiter en assurant leur disponibilité auprès des chercheurs.

L’écosystème du calcul scientifique intensif de l’ONERA repose principalement sur trois types de moyens mutualisés :

  • Des supercalculateurs ou clusters de calcul :
    • le calculateur de production « Sator » pour l'exécution de simulations de production (recherche ou contrat)
    • le calculateur de développement « Spiro », à l’architecture plus hétérogène et évolutive (GPU, ARM…), utilisé par les équipes scientifiques en amont de la production ou pour des besoins spécifiques
  • Une infrastructure de stockage haute performance
  • Des ressources dédiées à la visualisation et au pré et post-traitement des simulations numériques

Sator, supercalculateur de production

Sator a initialement été mis en production en 2017 par le constructeur NEC. Ce calculateur dédié à la production scientifique intensive de l’ONERA a bénéficié de 2 extensions supplémentaires, la première ayant été livrée en février 2019 et la seconde, à la fin de l’année 2021.

A la suite de cette dernière extension, Sator offre une puissance de calcul de l’ordre de 1,8 PFlop/s (Linpack) en agrégeant les différentes générations de nœuds de calcul.

 

L'essentiel de Sator

  • 1180 nœuds de calcul
  • 43600 cœurs (3 générations de processeurs x86_64 Intel : Broadwell, Skylake, Cascade Lake)
  • 182,5 To de RAM totale
  • Performance Linpack agrégée : 1.8 Pflops/s

Spiro, supercalculateur de développement

Le calculateur mutualisé de développement Spiro remplace des petits calculateurs répartis jusque-là de façon hétérogène dans les départements scientifiques. Son but est de fournir des ressources de développements pour les logiciels de simulation de l'ONERA (appelés aussi codes de calcul). Spiro est aussi utilisé pour lancer des simulations de production basées sur des codes au format trop spécifique (architecture, mémoire) pour être exécutés sur le calculateur de production Sator.
La particularité de Spiro est d’être à la fois une infrastructure mutualisée, tout en offrant un certain degré de personnalisation par département. Spiro se compose :

  • d'un côté, de sept partitions privatives, correspondant aux départements de l'ONERA
  • de l'autre, d’une partition dite "commune", qui rassemble des nœuds de calculs (nœuds AMD, GPU, ou ARM)

Ce calculateur bénéficie d'extensions fréquentes pour donner accès aux technologies les plus récentes aux départements scientifiques, ce qui permet d’accélérer l’évolution des codes de calcul développés à l’ONERA.

Spiro en quelques chiffres

  • 225 nœuds de calcul
  • 7868 cœurs (processeurs d’architectures variées)
  • 50 To de RAM totale

Zoom sur deux codes phares de l’ONERA : elsA et CEDRE

Les logiciels de simulation codes de calcul de l’ONERA permettent de simuler numériquement les phénomènes physiques en aérodynamique, combustion, aéroacoustique, matériaux, électromagnétisme, plasma...

Simulation instationnaire de l'écoulement autour d'une maquette motorisée de tilt-rotor grâce au code elsA
Simulation instationnaire de l'écoulement autour
d'une maquette motorisée de tilt-rotor grâce
au code elsA
Le code elsA permet de calculer les caractéristiques des écoulements et les sollicitations mécaniques qui s'exercent sur les structures pour ensuite dimensionner les équipements, aéronefs et engins en tenant compte de leurs interactions avec les fluides.
Simulation numérique par le code CEDRE de la combustion d'un moteur à ergols liquide
Simulation numérique par le code CEDRE de
la combustion d'un moteur à ergols liquide
Le code CEDRE permet de simuler des phénomènes aussi variés que l’écoulement diphasique réactif dans une chambre de combustion, l'aérothermique des aubes de turbines, les effets de gaz réels à très haute pression dans les moteurs fusée, le décollage d'un lanceur de son pas de tir, ou encore la phase de rentrée atmosphérique d'engins hypersoniques. L’objectif : calculer les caractéristiques des écoulements et les sollicitations mécaniques sur les structures, en tenant compte des réactions chimiques possibles, afin de dimensionner les équipements, aéronefs et engins.

Pour en savoir plus sur elsA :

Pour en savoir plus sur Cedre