Exploiter la puissance de l’informatique haute performance exascale pour optimiser l’efficacité énergétique
Les besoins en énergie au niveau mondial vont augmenter chaque année jusqu’en 2020 et bien au-delà. Un rapport de l’Agence internationale de l’énergie (AIE) estime que la demande énergétique mondiale devrait augmenter de 37 % d’ici 2040. Des simulations numériques et un prototypage intensifs sont nécessaires pour mesurer la valeur réelle des nouvelles sources d’énergie et améliorer leur débit. Les avantages potentiels du calcul haute performance (HPC) exascale et des algorithmes gourmands en données du secteur de l’énergie sont largement reconnus. Le projet HPC4E, financé par l’UE, a appliqué les nouvelles techniques HPC exascale aux simulations du secteur de l’énergie. «Le projet a personnalisé les techniques, allant au-delà de ce qui est actuellement à la pointe de la technologie, pour exécuter des simulations HPC exascale en fonction des différentes sources d’énergie», explique le Dr José Cela, coordinateur du projet. «Notre objectif consistait à nous assurer que les logiciels utilisés dans le secteur de l’énergie sont prêts à exploiter efficacement les ordinateurs exascale. Cela implique des modifications logicielles à la fois au niveau de l’algorithme et de la programmation parallèle». La demande de nouvelles solutions informatiques augmente parallèlement à l’augmentation du volume ds données Au cours des dernières décennies, l’industrie pétrolière et gazière a été l’un des acheteurs les plus actifs de la technologie HPC. Le traitement de données sismiques est une tâche extrêmement exigeante en termes de ressources informatiques. Sa tâche essentielle consiste à transformer les données sismiques enregistrées (c’est-à-dire les pistes «sonores» enregistrant la réponse de la Terre aux impulsions externes) en cartes du sous-sol. «La capacité de mener des enquêtes 3D a entraîné une explosion de la quantité de données enregistrées», déclare le Dr Cela. Le passage de la 2D à la 3D présente des avantages, comme la réduction de l’incertitude liée à l’exploration, mais il génère également des quantités de données à traiter beaucoup plus importantes. «Les données haute fréquence entraînent une surcharge considérable en termes de temps de calcul et augmentent approximativement d’un facteur x16 à chaque fois que nous doublons cette fréquence». Le projet HPC4E a développé le logiciel Full WaveForm Inversion en 3D acoustique et élastique qui permet de générer des cartes en 3D des propriétés physiques d’un terrain. Cela atténue une partie de l’incertitude liée à la recherche d’hydrocarbures. «Ce logiciel a été programmé pour fonctionner efficacement sur des ordinateurs exascale, réduisant le temps d’exécution de ces problèmes à une fenêtre temporelle acceptable pour le secteur. Le projet HPC4E a créé un logiciel de géophysique destiné à être utilisé dans des explorations pétrolières et gazières qui établit une norme pour l’industrie. Ce logiciel permet aux entreprises de mesurer l’efficacité des codes exécutés sur des ordinateurs exascale et de les améliorer si nécessaire». La compétitivité de l’énergie éolienne peut également être améliorée grâce à une évaluation précise des ressources éoliennes, à la conception d’éoliennes et de parcs éoliens et à des simulations d’éoliennes à petite échelle pour prévoir la production quotidienne d’électricité. Le projet HPC4E a adopté une nouvelle approche consistant à coupler des modèles de mécanique des fluides numérique au niveau des parcs éoliens avec des données météorologiques au niveau régional. Exploitant la puissance du calcul haute performance, le projet a créé ALYA, un progiciel qui démontre une évolutivité parfaite pour plus de 100 000 processeurs. Toutes ces améliorations entraînent une réduction de l’erreur d’environ 10 %. «Nous avons également travaillé sur les besoins de l’industrie du biogaz», explique le Dr Cela. «En développant un modèle complet pour la combustion de biogaz, nous avons créé les conditions nécessaires pour garantir une combustion sûre», ajoute-t-il. L’équipe du projet a constitué des tables chimiques de biogaz composés de différents éléments et appliqué les résultats à la simulation de systèmes de combustion industriels. «L’utilisation de super-ordinateurs est très efficace pour utiliser un logiciel simulant différents phénomènes de combustion», explique le Dr Cela.
Mots‑clés
HPC4E, énergie, informatique, pétrole et gaz, biomasse, énergie éolienne, éoliennes, turbines, superinformatique, dynamique des fluides numérique, calcul haute performance exascale
