Direct Numerical Simulation of Turbulence on Heterogenous Computer Systems
Architectures, Algorithms, and Applications
Tid: Fr 2024-05-24 kl 09.15
Plats: Kollegiesalen, Brinellvägen 8, Stockholm
Videolänk: https://kth-se.zoom.us/s/61541415709
Språk: Engelska
Ämnesområde: Datalogi
Respondent: Martin Karp , Beräkningsvetenskap och beräkningsteknik (CST)
Opponent: Prof. William Gropp, Department of Computer Science, University of Illinois Urbana-Champaign, Urbana, Illinois, USA
Handledare: Prof. Stefano Markidis, SeRC - Swedish e-Science Research Centre, Beräkningsvetenskap och beräkningsteknik (CST); Dr. Niclas Jansson, Parallelldatorcentrum, PDC; Prof. Philipp Schlatter, Linné Flow Center, FLOW, SeRC - Swedish e-Science Research Centre, Turbulent simulations laboratory
QC 20240423
Abstract
Direct numerisk simulering (DNS) av turbulens kräver enorma mängder datorkraft. För att utföra simuleringar som DNS krävs det att mjukvara, datorarkitekturer och algoritmer samverkar så effektivt som möjligt tillsammans. Idag förändras superdatorer snabbt och inkoporerar nya heterogena datorarkitekturer. Detta innebär att nya tillvägagångssätt är nödvändiga för att tillgodogöra sig all beräkningskraft. I den här avhandlingen fokuserar vi på DNS på heterogena, storskaliga, datorsystem för att möjligöra nya simuleringar av turbulenta flöden. För att nå detta mål undersöker vi nya datorarkitekturer, analyserar och förbättrar de numeriska metoderna och algoritmerna vi använder och applicerar slutligen våra utvecklingar på nya simuleringar av turbulens. Vi fokuserar speciellt på den spektrala element metoden (SEM) för DNS och undersöker hur den beter sig på eng. field-programmable gate arrays, grafikkort och konventionella processorer. Vi bidrar även med analys av hur vi löser det linjära systemet som utgör kärnan i SEM för att bättre utnyttja den tillgängliga datorkraften och minska mängden data som behöver överföras. Våra förbättringar inkorporeras i SEM lösaren Neko och möjligör att Neko kan skala effektivt på de största superdatorerna i världen. Vi använder sedan detta ramverk för att genomföra flera storskaliga simuleringar. Vi genomför den första simuleringen av en Flettner rotor och dess interaktion med turbulent skjuvströmning samt simulering av Rayleigh-Bénard konvektion i en cylindrisk domän vid mycket höga Rayleigh tal. Avhandlingen möjligör detaljerad numerisk simulering av turbulens med hög skalbarhet och prestanda i dagens föränderliga datorlandskap.