Рекорд масштабируемости: инженерную задачу удалось распараллелить на 200 тысяч ядер

Нашим предкам, создававшим такие чудеса, как первые реактивные самолёты или двигатели для космических ракет, приходилось очень нелегко. В те времена не было цифрового моделирования физических процессов, и всё приходилось отрабатывать на моделях, а затем полноразмерных экземплярах устройств. Сегодняшним инженерам существенно проще: для многих задач не требуется даже создавать модели, достаточно использовать компьютерное моделирование. Одним из известных программных пакетов в этой области является ANSYS Fluent. Как считают создатели данного ПО, оно является самым продвинутым средством моделирования поведения жидкостей и газов (computational fluid dynamics, CFD). Сферу применения ANSYS Fluent чётко определить нельзя, поскольку этот пакет может использоваться как для симуляции обдува крыла самолёта, так и для моделирования процессов, происходящих в металлургических печах. Но вычислительных мощностей для этого требуется немало: предыдущий рекорд для ANSYS Fluent составил 36 тысяч процессорных ядер суперкомпьютера Blue Waters, расположенного в Национальном центре суперкомпьютерных приложений в США.

Как оказалось, это не предел. Новый рекорд смогли поставить исследователи из Научно-технологического университета имени короля Абдаллы (KAUST), находящегося в Саудовской Аравии. Им удалось успешно запустить ANSYS Fluent и распараллелить его работу почти на 200 тысяч процессорных ядер. Это большое достижение как для исследователей и ANSYS, так и для компании Cray: оба рекорда поставлены на суперкомпьютерах, спроектированных и воплощённых в металл этой компанией. Суперкомпьютер Shaheen II, установленный в KAUST в 2015 году, относится к серии Cray XC40 и содержит 6174 двухпроцессорных узла, в каждом из которых установлено по два 16-ядерных процессора Intel Haswell-EP с частотой 2,3 ГГц. Объём памяти каждого узла равен 128 Гбайт DDR4, а в целом система располагает 197568 процессорными ядрами и 790 Тбайт памяти. Общаются друг с другом узлы посредством высокоскоростной оптической сети Aries High Speed Network, каждый из 36 аппаратных шкафов суперкомпьютера имеет 8 каналов этой сети.

Вычислительный модуль Cray XC40

Совместно ANSYS, компании Saudi Aramco и команде исследователей KAUST удалось запустить на Shaheen II комплексную симуляцию работы многофазных гравитационных сепараторов (multiphase gravity separation vessel), при этом время симуляции сократилось с нескольких недель до одной ночи. Подобного рода задачи очень важны для нефтегазовой индустрии, которая очень хорошо развита в Саудовской Аравии — в 2009 году страна занимала второе место в мире по добыче и экспорту нефти. Современные нефтеперерабатывающие заводы очень сложны, стоимость оборудования огромна, а цена ошибки очень высока, вот почему средства, подобные ANSYS Fluent весьма востребованы в этой отрасли индустрии — они упрощают разработку нового оборудования и существенно снижают стоимость такой разработки. При этом современные системы симуляции позволяют предсказать поведение оборудования в различных ситуациях, а значит, и предотвратить возможные ошибки и даже катастрофы. Saudi Aramco планирует использовать эту технологию на всех своих заводах и по результатам симуляции модернизировать их оборудование.