Le 23 juin 2021

Hexagon montre comment Fugaku, le superordinateur le plus rapide au monde, peut accélérer l’innovation en permettant de réaliser des simulations CFD (dynamique des fluides numériques) complexes, considérées auparavant comme trop longues et trop coûteuses. La division Manufacturing Intelligence de l’entreprise démontre que la performance des nouvelles générations d’avions et de véhicules électriques peut être analysée plus en détail et avec un nombre d’itérations bien plus grand, en faisant appel à des simulations de haute performance. En exploitant des semi-conducteurs de pointe, les fabricants peuvent analyser toutes les complexités d’un développement avec moitié moins d’énergie et à des coûts nettement plus bas que ceux de méthodes de simulation traditionnelles.

Les simulations CFD exigent des capacités et ressources informatiques importantes. Par conséquent, les ingénieurs doivent passer de nombreuses heures à simplifier la conception réelle d’un produit juste pour pouvoir la simuler et s’assurer qu’elle fournira les résultats attendus. Dans certains cas, un ingénieur peut consacrer jusqu’à 90 % de son temps à ce processus manuel, et ces spécialistes sont confrontés à toujours davantage de simulations d’extrapolation afin de gérer plus d’éléments. Le coût et le temps nécessaires pour réaliser ces simulations sont donc prohibitifs, et les ingénieurs ne peuvent simuler qu’une conception de produit approximative. Les utilisateurs de Cradle CFD Hexagon ont désormais la possibilité de tirer parti de la puissance de l’architecture informatique de Fugaku basée sur ARM pour réaliser, rapidement et sans effort, des simulations complexes. Cela est devenu possible grâce à un nouveau partenariat qui permettra aux clients d’utiliser le logiciel Cradle CFD sur la série de superordinateurs commercialisés PRIMEHPC de Fujitsu Limited, qui utilisent la technologie Fugaku.

Les ingénieurs pourront dorénavant simuler des conceptions complexes sans avoir à les simplifier, non seulement pour gagner du temps, mais aussi pour accéder à des détails considérablement améliorés. Cela leur permettra d’une part d’examiner rapidement plusieurs options de conception, en utilisant plus souvent la simulation pour affiner et tester leurs conceptions, et d’autre part d’étudier de nouveaux concepts qui ne peuvent pas être explorés avec les ressources actuelles dans le domaine des tests physiques ou les simulations. Les fabricants bénéficient désormais de cette vitesse et de ce niveau de détail plus élevés. Leurs ingénieurs pourront également utiliser ce type de simulation régulièrement dans leur travail quotidien, car l’architecture de Fugaku consomme environ un tiers de l’énergie des ordinateurs utilisés actuellement, ce qui réduit les coûts et améliore la durabilité environnementale. 

Ce développement est révolutionnaire pour divers secteurs, notamment l’automobile, l’aéronautique et la construction, qui ont tous besoin des informations fournies par la simulation CFD à grande échelle. C’est particulièrement important à une époque où l’industrie automobile et l’aéronautique recherchent par tous les moyens de nouvelles formes de mobilité et de nouveaux transports électrifiés. Les constructeurs automobiles sont par exemple sous pression pour accélérer la transition vers les véhicules électriques. En économisant du temps sur les processus manuels tels que le maillage, les fabricants peuvent effectuer plus de simulations, d’une part pour mieux comprendre l’impact de l’aérodynamique d’un nouveau modèle sur l’efficacité énergétique et l’autonomie, et d’autre part pour être en mesure d’effectuer plus d’itérations entre la conception et l’ingénierie afin d’atteindre la conception optimale. La gestion thermique est, elle aussi, particulièrement importante dans les véhicules électriques, car la gestion de la chaleur d’un véhicule optimise ses performances, sa sécurité et sa longévité – autant de défis majeurs pour le marché des VE. Comprendre ces problèmes grâce à des simulations de plus haute résolution permet aux ingénieurs d’obtenir des conceptions optimales et de commercialiser plus rapidement des modèles ayant un design et une autonomie attrayants.

Les experts de Hexagon ont travaillé en étroite collaboration avec Fujitsu Limited pour ajuster le code CFD Cradle et exécuter des simulations de test sur Fugaku. Une voiture familiale type a été simulée dans son intégralité, ce qui n’est possible qu’avec une plus grande puissance de calcul. Ce modèle comprenait 70 millions d’éléments utilisant 960 cœurs et a été simulé jusqu’à l’état stable à l’aide de l’équation RANS sur 1 000 cycles.

Dans l’aéronautique, l’impact des turbulences qui se forment autour des ailes d’un avion est d’une importance cruciale pour la commande et la sécurité d’un tel véhicule. La turbulence est le résultat de nombreux vortex, dont certains sont si petits qu’il est impossible de les simuler à l’aide des méthodes actuelles. Grâce à la technologie Cradle et aux ressources de calcul supplémentaires de Fugaku, les ingénieurs peuvent désormais obtenir une simulation de plus haute résolution afin de mieux comprendre l’impact des turbulences sur la sécurité structurelle de l’avion et les forces qu’il peut supporter. C’est important pour le développement de la nouvelle génération d’avions, y compris les modèles supersoniques et hypersoniques, pour laquelle les ingénieurs doivent comprendre le comportement des ondes de choc autour de l’appareil.

L’équipe a effectué avec succès une simulation de test de fluide compressible transonique autour d’un avion. L’analyse transonique est essentielle à la conception d’avions sûrs et efficaces, car elle aide les ingénieurs à comprendre ce qui se passe lorsque l’air circule autour d’une surface de contrôle des ailes. La simulation :

• Environ 230 millions d’éléments comptés
• Test à l’aide de 4 000 nœuds (192 000 cœurs informatiques)
• Utilisation de 48 000 processus via l’interface de transmission de messages (MPI) et de 4 fils via l’interface de programmation d’application OpenMP. 

Cette recherche a été menée à l’aide des ressources informatiques du superordinateur Fugaku de RIKEN par le biais du projet de recherche sur l’utilisation du système HPCI (numéro:s hp200209, hp200302).

Roger Assaker, président de l’unité Design & Engineering dans la division Manufacturing Intelligence de Hexagon, déclare à ce sujet : « La simulation est la clé des innovations dans l’aérospatiale et l’eMobilité. Les avancées telles que l’architecture de super calcul à faible consommation de Fugaku est l’une des façons d’exploiter ces connaissances sans coûter une fortune, et je suis très satisfait des résultats obtenus par notre équipe Cradle CFD et nos partenaires. »

Masahide Fujisaki, directeur exécutif de Fujitsu Limited, déclare : « Fujitsu a été ravi de pouvoir travailler avec Software Cradle Co., Ltd. pour régler et valider les performances du résolveur de scFLOW pour de grands modèles sur le superordinateur Fugaku et le super ordinateur Fujitsu de la série PRIMEHPC, qui utilise la technologie de Fugaku. Nous nous réjouissons de collaborer à l’avenir avec des distributeurs pour optimiser les applications commerciales et contribuer à l’utilisation industrielle de Fugaku, tout en offrant simultanément la gamme de superordinateurs Fujitsu PRIMEHPC aux fabricants et autres entreprises afin que les résultats de ce travail puissent être largement utilisés dans l’industrie. »

Tomohiro Irie, Directeur R&D pour Cradle CFD, note : « En utilisant la grande puissance de calcul de Fugaku avec nos outils de simulation, nous encourageons les utilisateurs à simuler des phénomènes qui étaient tout simplement impossibles à simuler auparavant en raison du temps et du coût de calcul. Aujourd’hui, nous avons effectué la simulation avec 192 000 cœurs, mais ce n’est que le début. Comme Cradle CFD est utilisé dans diverses applications, je m’attends à ce que ces développements techniques contribuent à rendre la puissance de Fugaku plus accessible en vue d’une utilisation généralisée. Cela apportera une grande liberté et de meilleures connaissances aux équipes d’ingénierie qui résolvent aujourd’hui les problèmes de demain.

« Cradle CFD et Fugaku sont basés au Japon, et je pense que nous pouvons tirer parti de ces excellentes réalisations à l’échelle mondiale grâce au réseau Hexagon. »

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