Narodowe Centrum Kompetencji
HPC
HPC W POLSCE
HPC (ang. High Performance Computing) to – w dużym skrócie – obliczenia wysokiej wydajności, a nieco dokładniej: systemy komputerowe połączone w jeden duży superkomputer do prowadzenia skomplikowanych i zaawansowanych obliczeń, niewykonalnych na zwykłych komputerach. Wysokowydajne obliczenia, wykorzystywane m.in. w prognozowaniu pogody, fizyce kwantowej, mechanice płynów czy biologii molekularnej, są możliwe dzięki pracy wielu serwerów połączonych w jeden rozbudowany system, nazywany klastrem komputerowym lub superkomputerem. Tego typu maszyny wyposażone są w setki, a nawet tysiące serwerów, wielordzeniowe procesory, akceleratory, potężną ilość pamięci RAM i przestrzeni dyskowej, pozwalającej przechowywać i szybko przetwarzać ogromne ilości danych.
Centra superkomputerowe w Polsce
wchodzące w skład Narodowego Centrum Kompetencji HPC
CI TASK – Centrum Informatyczne Trójmiejskiej Akademickiej Sieci Komputerowej (Gdańsk)
PCSS – Poznańskie Centrum Superkomputerowo-Sieciowe (Poznań)
ICM – Interdyscyplinarne Centrum Modelowania Matematycznego i Komputerowego UW (Warszawa)
NCBJ – Narodowe Centrum Badań Jądrowych (Otwock)
WCSS – Wrocławskie Centrum Sieciowo-Superkomputerowe (Wrocław)
Cyfronet – Akademickie Centrum Komputerowe Cyfronet AGH (Kraków)
PRZYKŁADY PROJEKTÓW ZREALIZOWANYCH DZIĘKI ZASTOSOWANIU SUPERKOMPUTERÓW
Lotnictwo
PROJEKT: Numeryczna analiza aerodynamiczna i aeroakustyczna metod sterowania przepływem
CEL PROJEKTU: Poprawa charakterystyk aerodynamicznych i/lub aeroakustycznych opływanych konstrukcji z wykorzystaniem badań numerycznych stosujących pasywne i aktywne metody sterowania przepływem (np.: blaszkowe, prętowe i fluidalne generatory wirów oraz perforowane ściany).
Medycyna
PROJEKT: Predykcja śmiertelności i detekcja patologii w obrazowych badaniach przesiewowych klatki piersiowej z wykorzystaniem technik głębokiego uczenia maszynowego
CEL PROJEKTU: Wykazanie, że z pomocą technik sztucznej inteligencji zastosowanej do analizy obrazów medycznych w badaniach przesiewowych można wcześnie wykrywać zmiany patologiczne i oceniać ryzyka zgonu. Główne zadania projektu to opracowanie i walidacja modeli SI realizujących powyższe zadania i opracowanie metod wyjaśnialności rezultatów modelu.
Energetyka
PROJEKT: Przygotowanie referencyjnych baz danych klasy Direct Numerical Simulations w odniesieniu do projektowania nowych technologii jądrowych i zastosowań związanych z bezpieczeństwem jądrowym
CEL PROJEKTU: Wytworzenie dwóch referencyjnych baz danych klasy Direct Numerical Simulations (DNS) dla dwóch zjawisk fizycznych występujących w reaktorach jądrowych:
- wstrząsu termicznego w warunkach wysokiego ciśnienia (pressurized thermal shock – PTS)
- mieszania chłodziwa w kasetach paliwowych.
Meteorologia
PROJEKT: „Czy wiesz, czym oddychasz?”
Kampania informacyjno-edukacyjna na rzecz czystszego powietrza LIFE – MAPPINGAIR/PL
CEL PROJEKTU: Jednym z zadań projektu jest operacyjne prognozowanie jakości powietrza w dużej rozdzielczości czasowej i przestrzennej (zakres prognoz: 72 h, rozdzielczość czasowa: 1 h, rozdzielczość przestrzenna dla domeny Polska: 4 km, dla subdomeny 1 km: 50 m), z wykorzystaniem modeli prognostycznych WRF-Chem, EMEP i uEMEP, oraz operacyjne udostępnianie prognoz dla społeczeństwa.
PROJEKT: Predykcja śmiertelności i detekcja patologii w obrazowych badaniach przesiewowych klatki piersiowej z wykorzystaniem technik głębokiego uczenia maszynowego
CEL PROJEKTU: Wykazanie, że z pomocą technik sztucznej inteligencji zastosowanej do analizy obrazów medycznych w badaniach przesiewowych można wcześnie wykrywać zmiany patologiczne i oceniać ryzyka zgonu. Główne zadania projektu to opracowanie i walidacja modeli SI realizujących powyższe zadania i opracowanie metod wyjaśnialności rezultatów modelu.
PROJEKT: Modelowanie agentowe na potrzeby grupy MOCOS – Modeling Coronavirus Spread
CEL PROJEKTU: Analiza ryzyka, tworzenie prognoz na kolejne dni i tygodnie, dostarczanie rekomendacji dotyczących zwalczania COVID-19. Wsparcie instytucji publicznych w sprowadzeniu epidemii do stanu wygasania (podkrytycznego), tj. obniżenia skali reprodukcji wirusa do poziomu nieistotnego z punktu widzenia bezpieczeństwa publicznego.
PROJEKT: Model epidemiologiczny COVID-19
CEL PROJEKTU: Dostarczanie prognoz epidemiologicznych oraz analiza sytuacji epidemicznej w kraju. Wyniki badań przedstawiane były instytucjom państwowym odpowiedzialnym za opiekę zdrowotną, nadzór epidemiczny i decyzje administracyjne, wpływające na życie społeczne w kraju. Prognozy i analizy formułowane są na podstawie symulacji przeprowadzanych przy użyciu oprogramowania powstałego w ICM UW w poprzednich latach i intensywnie rozwijanego tak, aby sprostać wymogom zmieniającej się sytuacji epidemiczno-administracyjnej.
PROJEKT: Przygotowanie referencyjnych baz danych klasy Direct Numerical Simulations w odniesieniu do projektowania nowych technologii jądrowych i zastosowań związanych z bezpieczeństwem jądrowym
CEL PROJEKTU: Wytworzenie dwóch referencyjnych baz danych klasy Direct Numerical Simulations (DNS) dla dwóch zjawisk fizycznych występujących w reaktorach jądrowych:
– wstrząsu termicznego w warunkach wysokiego ciśnienia (pressurized thermal shock – PTS),
– mieszania chłodziwa w kasetach paliwowych.
PROJEKT: „Czy wiesz, czym oddychasz?” Kampania informacyjno-edukacyjna na rzecz czystszego powietrza LIFE – MAPPINGAIR/PL
CEL PROJEKTU: Jednym z zadań projektu jest operacyjne prognozowanie jakości powietrza w dużej rozdzielczości czasowej i przestrzennej (zakres prognoz: 72 h, rozdzielczość czasowa: 1 h, rozdzielczość przestrzenna dla domeny Polska: 4 km, dla subdomeny 1 km: 50 m), z wykorzystaniem modeli prognostycznych WRF-Chem, EMEP i uEMEP, oraz operacyjne udostępnianie prognoz dla społeczeństwa.
PROJEKT: Niekomercyjne i komercyjne zastosowanie numerycznych prognoz meteorologicznych
CEL PROJEKTU: Identyfikacja potrzeb użytkowników prognoz meteorologicznych, a następnie skomercjalizowanie tych prognoz poprzez:
a) stworzenie spersonalizowanych produktów dedykowanych konkretnym grupom użytkowników,
b) komercyjne udostępnianie prognoz archiwalnych i bieżących,
c) rozwój kanałów dostępu do prognoz: strony internetowej i aplikacji mobilnej,
d) rozwój prognoz pod kątem ich zastosowania w obszarach użyteczności dla społeczeństwa i bezpieczeństwa państwa.
PROJEKT: Numeryczna analiza aerodynamiczna i aeroakustyczna metod sterowania przepływem
CEL PROJEKTU: Poprawa charakterystyk aerodynamicznych i/lub aeroakustycznych opływanych konstrukcji z wykorzystaniem badań numerycznych stosujących pasywne i aktywne metody sterowania przepływem (np.: blaszkowe, prętowe i fluidalne generatory wirów oraz perforowane ściany).
PROJEKT: Obliczenia struktury elektronowej zaburzonego rutylu TiO2 na komputerze wektorowym
CEL PROJEKTU: Głównym celem projektu jest przeprowadzenie obliczeń struktury elektronowej rutylu (TiO2) na komputerze wektorowym NEC SX-Aurora TSUBASA w dwóch wariantach:
(i) dla układu niezaburzonego defektami strukturalnymi oraz
(ii) dla układu zawierającego defekty w postaci wakansów tlenowych.
Do realizacji zadania została wykorzystana istniejąca implementacja metody równania ruchu.
Celem szczegółowym było dostosowanie programu do wydajnej pracy na architekturze wektorowej NEC, jego optymalizacja, a także przeprowadzenie testów wydajności i skalowania nowej wersji programu.
PROJEKT: Analiza numeryczna turbin wiatrowych o pionowej osi obrotu
CEL PROJEKTU: Analiza obciążeń aerodynamicznych wirnika typu Darrieusa oraz opracowanie i walidacja autorskiego modelu numerycznego do analizy osiągów aerodynamicznych wirnika.Analiza obciążeń aerodynamicznych wirnika typu Darrieusa oraz opracowanie i walidacja autorskiego modelu numerycznego do analizy osiągów aerodynamicznych wirnika.
PROJEKT: Wykorzystanie dużych mocy obliczeniowych do analiz projektowania
i optymalizacji wielkogabarytowych mieszalników przemysłowych z uwzględnieniem procesów cieplo-przepływowych
CEL PROJEKTU: Opracowanie modeli matematycznych procesów mieszania oraz implementacja ich w komercyjnych i open source’owych programach numerycznych. W czasie projektu modele zostały poddane walidacji i ostatecznie użyte w czasie projektowania zoptymalizowanych mieszalników. Optymalizacji podlegały takie elementy konstrukcyjne bezpośrednio uczestniczące w procesie mieszania, jak: tarcze mieszające/dyspergujące, kotwice oraz elementy wspomagające ten proces. Dodatkowo oprócz procesów przepływowych w modelach zaimplementowano zarówno procesy cieplne wynikające z tarcia produktów mieszanych, jak i dopływy ciepła z układów grzewczo-chłodzących zainstalowanych w urządzeniu. W końcowym efekcie procesu optymalizacyjnego uzyskuje się mieszalnik charakteryzujący się krótszym czasem mieszania oraz bardziej efektywnym, wydajniejszym systemem chłodząco-grzewczym.
PROJEKT: Testy wydajności superkomputera CIŚ w symulacjach bezpieczeństwa pożarowego
CEL PROJEKTU: Zbadanie możliwości użycia superkomputera CIŚ do skrócenia czasu obliczeń i zwiększenia ich dokładności w symulacjach zdarzeń wiatrowo-pożarowych. W ramach testów zaplanowano i przeprowadzono działania zmierzające do określenia optymalnej wielkości jednostki obliczeniowej do symulacji CFD (Computational Fluid Dynamics – obliczeniowa mechanika płynów) przepływu wiatru i dymu w badanym modelu garażu. Działania pozwoliły na optymalny dobór liczby scenariuszy, wielkości siatki numerycznej czy sposobu symulowania promieniowania cieplnego.
