Sfruttamento della potenza del calcolo ad alte prestazioni su scala exa per massimizzare l’efficienza energetica
Il fabbisogno energetico mondiale aumenterà ogni anno fino al 2020 e anche oltre. Un rapporto dell’Agenzia internazionale dell’energia (IEA, International Energy Agency) stima che la domanda globale di energia aumenterà del 37 % entro il 2040. Sono necessarie simulazioni numeriche e prototipazioni intensive per ponderare il valore reale delle nuove fonti energetiche, migliorandone il rendimento. Il potenziale beneficio del calcolo ad alte prestazioni (HPC, High Performance Computing) su scala exa e degli algoritmi intensivi di dati nel settore energetico è ampiamente riconosciuto. Il progetto HPC4E, finanziato dall’UE, ha applicato le nuove tecniche HPC su scala exa a simulazioni nel settore energetico. «Il progetto ha personalizzato le tecniche, andando oltre a ciò che oggi è all’avanguardia, per eseguire simulazioni HPC su scala exa per diverse fonti di energia», spiega il dott. José Cela, coordinatore del progetto. «Il nostro obiettivo era quello di garantire che il software utilizzato nel settore energetico fosse pronto a sfruttare efficacemente i computer su scala exa. Una tale condizione implica modifiche nel software sia a livello di algoritmo che a livello di programmazione parallela». La domanda per nuove soluzioni informatiche cresce in linea con l’aumento dei dati Il settore Petrolio e Gas (O&G) è stato uno degli acquirenti più attivi della tecnologia HPC negli ultimi decenni. L’elaborazione dei dati sismici è un compito estremamente impegnativo in termini di domanda computazionale. Il suo compito essenziale è quello di trasformare record di dati sismici (cioè le tracce «sonore» che registrano la risposta della Terra a impulsi esterni) in mappe del sottosuolo. «La capacità di condurre indagini 3D ha significato l’esplosione della quantità di dati registrati», afferma il dott. Cela. Anche se il passaggio dal 2D al 3D apporta benefici, quali la riduzione dell’incertezza nell’esplorazione, esso genera anche quantità molto maggiori di dati che necessitano di elaborazione. «I dati ad alta frequenza si traducono in un considerevole sovraccarico in termini di tempo di elaborazione, aumentando all’incirca di un fattore x16 ogni volta che raddoppiamo tale frequenza». Il progetto HPC4E ha sviluppato il software di inversione completa della forma d’onda (FWI, Full WaveFrom Inversion) acustica ed elastica in 3D per generare mappe 3D delle proprietà fisiche di un terreno. Ciò allevia alcune delle incertezze nella ricerca di idrocarburi. «Questo software è stato programmato per funzionare in modo efficace nei computer su scala exa, riducendo il tempo di esecuzione di questi problemi alla finestra temporale accettabile per il settore. Il progetto HPC4E ha creato un software di geofisica da utilizzare per l’esplorazione di petrolio e gas che stabilisce lo standard per il settore. Tale software consente alle aziende di misurare l’efficacia dei codici eseguiti sui computer su scala exa e, se necessario, migliorarli». Anche la competitività dell’energia eolica può essere migliorata con un’accurata valutazione delle risorse eoliche, la progettazione di turbine e di parchi eolici e le simulazioni di vento su micro-scala a breve termine per prevedere la produzione giornaliera di energia. Il progetto HPC4E ha adottato un nuovo approccio per accoppiare modelli di fluidodinamica computazionale a livello di parco eolico con i dati meteorologici a livello regionale. Sfruttando la potenza del calcolo ad alte prestazioni, il progetto ha creato ALYA, un pacchetto software che dimostra una scalabilità perfetta per oltre 100 000 processori. Tutti questi miglioramenti producono una riduzione dell’errore intorno al 10 %. «Abbiamo anche lavorato sulle esigenze del settore del biogas», afferma il dott. Cela. «Sviluppando un modello completo per la combustione del biogas, abbiamo stabilito le condizioni necessarie per garantire una combustione sicura», aggiunge. Il progetto ha tabulato la chimica del biogas composto da diversi elementi e ha applicato le loro scoperte alla simulazione di combustori industriali. «L’uso di super computer è altamente efficace quando si utilizza un software per simulare diversi fenomeni di combustione», spiega il dott. Cela.
Parole chiave
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