Rekordní výsledky s pomocí superpočítače Frontier a GPU AMD

Průlom v CFD simulacích: Ansys dosáhl rekordních výsledků s pomocí superpočítače Frontier a GPU AMD

Ansys zveřejnil rekordní výsledky největší komerční simulace proudění (CFD), jaká kdy byla provedena – a to s využitím GPU AMD Instinct MI250X. Tento milník byl dosažen ve spolupráci se společnostmi Baker Hughes a Oak Ridge National Laboratory (ORNL) v rámci projektu DDG CFD183 na exaskalárním superpočítači Frontier, který v roce 2022 navrhla a dodala společnost Hewlett Packard Enterprise. Frontier je prvním superpočítačem na světě, který překonal hranici 1 kvintilionu výpočtů za sekundu (tedy miliarda miliard výpočtů).

Simulační tým nasadil software Ansys Fluent na 1 024 GPU a získal dosud nevídané poznatky o aerotermální fyzice a pomocných spalovacích procesech při extrémních tlacích. Tento výkon pomocí komerčního CFD softwaru obecného určení představuje zásadní skok vpřed pro odvětví závislá na výkonných strojích – včetně výroby energie, pohonných systémů a energetiky.

Ve srovnání s metodami využívajícími více než 3 700 jader CPU se Baker Hughes a Ansysu podařilo zkrátit dobu běhu simulace ze 38,5 hodin na pouhých 1,5 hodiny díky využití 1 024 GPU AMD Instinct MI250X.

Proč na tom záleží: Nová éra inženýrských simulací

Exaskalární výpočetní technika zásadně mění svět inženýrství a simulací. Díky výpočtům více než pětkrát rychlejším než dnešní špičkové superpočítače umožňují systémy jako Frontier inženýrům řešit složité problémy v dosud nevídaném měřítku a přesnosti.

Dopady jsou zásadní: Průmysl může navrhovat, testovat a optimalizovat produkty virtuálně, čímž se minimalizuje potřeba nákladného a časově náročného fyzického testování.

Tradiční CFD metody často narážejí na překážky – dlouhé vývojové cykly a vysoké náklady na ověření návrhů. Využití exaskalárních systémů zásadně urychluje výpočty a umožňuje rychlejší iterace návrhů, což vede ke zkrácení vývoje, zlepšení výkonu a dosažení cílů v oblasti udržitelnosti.

Překonání hranic: Simulace turbíny s 2,2 miliardami buněk

Jedním z hlavních úspěchů této spolupráce byla simulace statoru axiální turbíny se 2,2 miliardami buněk, kterou provedla společnost Baker Hughes pomocí Fluentu na superpočítači Frontier. Simulace zachytila klíčové turbulentní struktury a nestacionární jevy zásadní pro optimalizaci výkonu plynových turbín.

Tým tak demonstroval schopnost exaskalárního výpočtu dosáhnout bezprecedentní přesnosti a rychlosti v CFD simulacích – výsledky, které mají přímý dopad na návrh strojů s vysokým výkonem, predikci chování spalování a vývoj udržitelnějších energetických systémů.

Výhody exaskalárních CFD simulací

Nasazení Fluentu na Frontieru přineslo průlom v několika oblastech:

• Energetika – Vývoj nové generace turbín a turbostrojů s vysokou účinností a nižšími emisemi.
• Predikce výkonu – Vysoce přesné simulace pro posouzení účinnosti, emisí a životnosti.
• Udržitelnost – Rychlejší simulace umožňují širší prostor pro návrh a urychlují nasazení šetrnějších technologií.

Jedním z klíčových přínosů je vytvoření virtuálních testovacích zařízení, která nahrazují drahé a pomalé fyzické testy a umožňují rychlejší a levnější vývoj.

Přínosy pro zákazníky

Uživatelské výhody:

• Vyšší spolehlivost a výkon strojů pro energetiku, letectví i průmysl
• Nižší emise díky optimalizovaným návrhům
• Rychlejší inovace a odolnější produkty

Výhody pro firmy:

• Kratší doba uvedení na trh
• Nižší náklady na vývoj díky menší závislosti na fyzickém testování
• Možnost zkoumat více návrhových variant s vyšší přesností

Před nástupem Fluentu na GPU čelily firmy omezením v přesnosti, časové náročnosti i nákladech. Využitím HPC se tyto bariéry daří překonávat, čímž se podporuje inovace a konkurenceschopnost.

Podpora malých a středních firem (SMB)

Výsledky dosažené na Frontieru mohou těžit i menší firmy s běžnějšími GPU systémy. Díky vyšší výpočetní efektivitě Fluentu na GPU mohou i SMB firmy realizovat detailní simulace bez nutnosti přístupu k exaskalárnímu hardwaru. Například:

• Startupy v oblasti obnovitelné energie – optimalizace výměníků tepla pro rekuperaci energie
• Dodavatelé v automobilovém průmyslu – simulace proudění vzduchu v kompaktních systémech ke zvýšení účinnosti

Tento pokrok tak demokratizuje přístup k pokročilé simulaci a podporuje inovace napříč celým průmyslem.

Proč je to vlastně celé důležité?

Tento milník přináší zásadní posun ve schopnosti navrhovat a optimalizovat stroje, které pohánějí náš svět – od energetiky po letectví. Dopady sahají do oblastí jako:

• Udržitelnost – snižování emisí a zvyšování účinnosti
• Zrychlení inovací – nižší náklady, menší rizika, rychlejší vývoj
• Technologická spolupráce – ukázka síly partnerství mezi průmyslem (Ansys, Baker Hughes), výzkumnými institucemi (ORNL) a výrobci HW (AMD, HPE)

Úspěšné nasazení Fluentu na 1 024 GPU na Frontieru představuje zásadní okamžik v historii CFD simulací. Posouvá hranice možného a otevírá dveře dalším inovacím, které pomohou řešit nejtěžší výzvy dnešního průmyslu.

Další kroky pro inženýry:

• Stáhněte si tento white paper s podrobnými informacemi o přesnosti a výkonu Fluentu na GPU
• Řekněte si o záznam webináře s novinkami ve Fluent 2025 R1

Zdroj: https://www.ansys.com/blog/ansys-baker-hughes-groundbreaking-cfd-simulation