DR HAB. INŻ. WOJCIECH WĘGRZYŃSKI, PROF. ITB, INSTYTUT TECHNIKI BUDOWLANEJ (AUTOR PROBLEMU MERYTORYCZNEGO), CONSULTANCY | DR INŻ. PAULINA JAMIŃSKA-GADOMSKA, NARODOWE CENTRUM BADAŃ JĄDROWYCH (WSPÓŁAUTORKA, PROJEKTANTKA I REALIZATORKA ANALIZY CFD)
DR HAB. INŻ WOJCIECH WĘGRZYŃSKI, PROF. ITB, INSTYTUT TECHNIKI BUDOWLANEJ (AUTOR PROBLEMU MERYTORYCZNEGO) |
DR INŻ. PAULINA JAMIŃSKA-GADOMSKA, NARODOWE CENTRUM BADAŃ JĄDROWYCH (WSPÓŁAUTORKA, PROJEKTANTKA I REALIZATORKA ANALIZY CFD)
Testy wydajności superkomputera CIŚ w symulacjach bezpieczeństwa pożarowego
CEL PROJEKTU
Wyzwanie
Analiza zdarzeń wiatrowo-pożarowych wymaga uwzględnienia jednoczesnego oddziaływania wiatru oraz zmiennego w czasie rozwoju pożaru. Aby uzyskać statystycznie zasadny wynik, niezbędne jest przeprowadzenie dziesiątek symulacji uwzględniających różne kierunki oddziaływania i prędkość wiatru. To z kolei wymaga dużych zasobów informatycznych i skalowalnych modeli obliczeniowych. 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.
Cel projektu
Celem projektu było zbadanie możliwości użycia superkomputera CIŚ do skrócenia czasu obliczeń i zwiększenia ich dokładności w symulacjach zdarzeń wiatrowo-pożarowych.
ZADANIA DLA SUPERKOMPUTERA
01.
Czas wykonania pojedynczych symulacji prowadzonych na infrastrukturze ITB wynosi do około sześciu godzin przy wykorzystaniu 128 rdzeni CPU. Takich symulacji w procesie analitycznym trzeba wykonać od kilkudziesięciu do kilkuset. Poszukiwane było zatem rozwiązanie, które pozwoli ten proces przyspieszyć. Przy ograniczonych zasobach sprzętowych ITB nie jest w stanie określić ani technicznych, ani ekonomicznych granic potencjalnego przyspieszenia typowego problemu badawczego.
02.
Symulacje dwóch scenariuszy:
A – garaż piętrowy w otwartej płaskiej przestrzeni (o wymiarach 2×2 km i 300 m wysokości)
B – garaż umieszczony w topografii miejskiej.
Przeprowadzone badania:
– uruchomienie symulacji wariantu A na liczbie rdzeni zbliżonej do konfiguracji własnej klienta (128 rdzeni),
– uruchomienie wariantu A w formie testu skalowalności na 120, 240, 480, 960 i 1000 rdzeniach fizycznych,
– badanie wpływu sposobu generowania siatki symulacji (mesh sensivity study) dla wariantu A – symulacje dla 3 siatek różnych gęstości,
– uruchomienie symulacji wariantu B na liczbie rdzeni zbliżonej do konfiguracji infrastruktury własnej klienta (128 rdzeni).
KORZYŚCI ZE WSPÓŁPRACY Z NCBJ
Istotne przyspieszenie obliczeń
Dotychczas zadania były uruchamiane na 128-rdzeniowej maszynie w ITB i rozwiązanie takowego zajmowało 5 godzin 44 minuty. Dzięki realizacji PoC (Proof-of-Concept) uzyskano znaczące niemal 4-krotne przyspieszenie przy wykorzystaniu 480 rdzeni infrastruktury CIŚ.
Nabycie nowej wiedzy
Klient zapoznał się z infrastrukturą informatyczną NCBJ i dobrymi praktykami realizacji obliczeń numerycznych przy wykorzystaniu superkomputera CIŚ, w tym w szczególności z obsługą obliczeń za pomocą systemu kolejkowego SLURM. Klient poznał podstawy obsługi programu do obróbki wyników ANSYS EnSight (które posiada, a którego do tej pory nie znał).
Korzyści ekonomiczne
Uzyskane wyniki w zakresie czasu realizowanych obliczeń są konkurencyjne cenowo w porównaniu z realizacją prac na własnej infrastrukturze informatycznej przy jednoczesnym istotnym skróceniu czasu trwania pojedynczego zadania.
4 x
SZYBSZA SYMULACJA
> 20%
KRÓTSZY CZAS OBLICZEŃ
EFEKTY
Proof-of-Concept pozwolił klientowi ocenić wartość wykorzystania zewnętrznego centrum obliczeniowego na własnym konkretnym referencyjnym przypadku obliczeniowym. Klient poznał zarówno korzyść w kontekście czasu realizacji, kosztu, jak i zakresu wsparcia doradczego. Uzyskał też pełną samodzielność w wykorzystaniu klastra HPC na własne potrzeby, dzięki czemu łatwiej będzie mu podjąć decyzję o jego przyszłym wykorzystaniu.
Możliwość przewidywania rozwoju zagrożenia pożarowego pociąga za sobą konieczność zastosowania podejścia wielowariantowego, w którym czynnik pogodowy połączony z topografią obszaru stanowi ogromny wysiłek obliczeniowy. Zastosowanie dużej infrastruktury HPC, takiej jak ta oferowana przez NCBJ/CIŚ, czyni taką analizę realną z punktu widzenia biznesowego. Daje szansę wdrożenia na rynek.
REKOMENDACJA
„Bardzo ważnym aspektem współpracy była stała pomoc techniczna wraz z możliwością dostosowania się do stawianych przez nas nowych pytań i wymagań. Podstawowym aspektem umożliwiającym pracę było przekazanie nam wiedzy o sposobie wykonywania obliczeń za pomocą systemu kolejkowego SLURM. Wsparcie techniczne ze strony NCBJ było wręcz doskonałe, a dostęp do zasobów praktycznie bezproblemowy.
Również dostęp do stacji graficznej pozwolił na wprowadzanie potrzebnych poprawek na bieżąco, bez konieczności wprowadzania ich na własnej stacji i ponownego kopiowania na serwer obliczeniowy. Mieliśmy też możliwość skorzystania z programu ANSYS EnSight wraz z informacją, jak go najlepiej wykorzystywać do obróbki uzyskanych danych. Niestety, czasem w trakcie pracy na stacji graficznej miały miejsce przypadki zawieszenia się programów.
Elementem nieco wykraczającym poza plany PoC są badania skalowalności z wykorzystaniem kart graficznych. W trakcie realizacji PoC dowiedzieliśmy się o potencjalnych możliwościach z tym związanych i z pewnością chcielibyśmy kiedyś wrócić i przetestować, czy to rozwiązanie może przyspieszyć nasze obliczenia”.
DR HAB. INŻ. WOJCIECH WĘGRZYŃSKI, PROF ITB,
DR INŻ. PAULINA JAMIŃSKA-GADOMSKA, NARODOWE CENTRUM BADAŃ JĄDROWYCH
