ESPRESO, Knihovna masivně paralelních řešičů pro inženýrské aplikace

Nejnovější technologický pokrok v oblasti výpočtů přinesl významnou změnu v koncepci návrhu nových produktů, řízení výroby nebo autonomních systémů. V posledních několika letech jsme byli svědky výrazného přechodu k virtuálnímu prototypování a postupného tlaku na integraci velké části průmyslového sektoru do tzv. čtvrté průmyslové revoluce. Hlavním cílem tohoto flagshipu je vytvořit robustní open source balíček použitelný pro širokou škálu komplexních inženýrských simulací v oblastech jako je strojírenství, stavebnictví, biomechanika a energetika. Open source řešení umožňuje vytvářet automatizované simulační řetězce založené na modelu „HPC jako služba“ (HPC-as-a-service), jako jsou automatizované systémy pro tvarovou nebo topologickou optimalizaci. Při vývoji nových komponent knihovny ESPRESO jsou používány vysoce škálovatelné metody umožňující plné využití výpočetních kapacit nejmodernějších superpočítačů.

Řešitel:

• Ing. Tomáš Brzobohatý, Ph.D.

Nechte superpočítače ušetřit váš čas a prozkoumejte hlubší možnosti návrhu vašich produktů

IT4Innovations vyvíjí v rámci svých výzkumných aktivit open source simulační balík ESPRESO. Ten je určen k řešení náročných problémů průmyslové praxe a při jeho vývoji je kladen důraz na optimální využití vysoko-výkonnostní výpočetní infrastruktury (HPC) neboli superpočítačů. Balík je distribuován na základě bezplatné open source licence, což výrazně zjednodušuje aplikaci automatizovaných simulačních řetězců jako jsou výpočetní šablony vytvořené na míru specifického portfolia výrobků, nebo pro snadnou opakovatelnost výpočtů, a to bez jakýchkoli licenčních poplatků a závazků. Každý jednotlivý modul softwarového balíku je od samého počátku vyvíjen jako paralelní kód založený na vysoce škálovatelných numerických metodách a algoritmech. Tímto způsobem můžeme zajistit optimální využití nejmodernějších superpočítačů. Přidanou hodnotou balíku je naše implementace masivně paralelního lineárního řešiče založeného na metodách doménové dekompozice FETI, který je schopen řešit problémy o velikostech přesahujících stovky miliard neznámých.

Balík obsahuje několik logických jednotek, jež lze kombinovat tak, aby odpovídaly konkrétním požadavkům při řešení daného problému. Tyto jednotky zahrnují předzpracování vstupních dat, zpracování výpočetní sítě, sestavení numerického modelu, řešení specifického fyzikálního problému pomocí masivně paralelního řídkého lineárního řešiče v kombinaci s dostupnými nelineárními řešiči a konečnou přípravu výstupních dat pro vizualizaci či online monitoring dosažených výsledků. Další klíčovou vlastností balíku je jeho jednoduché a flexibilní konfigurační rozhraní, díky kterému lze snadno ovládat všechny moduly pomocí jednotné konfigurace. Toto rozhraní lze snadno rozšiřovat a díky jeho jednoduché podobě lze rozhraní propojit přes webový portál se systémem HPC-as-a-Service, jenž je vyvíjen Laboratoří pro náročné datové analýzy a simulace IT4Innovations. HPC-as-a-Service je dobře známý termín v oblasti vysoce výkonných počítačových systémů, který umožňuje uživatelům přístup k HPC infrastruktuře bez nutnosti kupovat a spravovat vlastní fyzické servery nebo infrastrukturu datových center. Prostřednictvím této služby mohou uživatelé využít HPC technologie bez předchozí investice do hardwaru. Tento přístup dále snižuje vstupní bariéru pro uživatele a malé a střední podniky, které mají zájem o využití masivně paralelních počítačů, ale často nemají v této oblasti nezbytnou úroveň odborných znalostí. Více se o této službě dozvíte v rámci představení flagshipu „HPC platformy pro spouštění vědeckých úloh“ v následujícím čísle Newsletteru, nebo na našich webových stránkách.