DigitalArtSpace

Американские исследователи применили суперкомпьютер El Capitan, обладающий экзафлопсной производительностью, для выполнения наиболее масштабного в истории моделирования гидродинамических процессов. В ходе одного расчета, выполненного с использованием вычислительной гидродинамики (CFD), было проанализировано свыше квадриллиона степеней свободы.

Использованное моделирование было направлено на исследование выхлопов ракетных двигателей, однако разработанная методика может быть применена и для решения разнообразных задач, включая прогнозирование уровня шума от самолётов и анализ биомедицинской гидродинамики. В ходе работы исследователи изучали взаимодействие выхлопных струй нескольких ракетных двигателей, функционирующих одновременно, и моделировали турбулентное течение газов.

Благодаря достигнутому прогрессу, скорость вычислений возросла в 80 раз по сравнению с ранее применяемыми подходами, потребность в оперативной памяти сократилась в 25 раз, а энергопотребление снизилось более чем в 5 раз. Использование эффективных алгоритмов в сочетании с архитектурой чипов El Capitan позволило существенно ускорить моделирование, которое теперь занимает часы вместо нескольких недель. За это исследование авторы стали финалистами конкурса на премию ACM Gordon Bell Prize 2025 года, являющейся самой престижной наградой в сфере высокопроизводительных вычислений.

Для моделирования чрезвычайно сложного процесса турбулентного потока выхлопных газов, возникающего при одновременном функционировании нескольких ракетных двигателей, был применен инновационный метод регуляризации ударных волн, известный как Information Geometric Regularization (IGR).

В процессе моделирования было достигнуто более 500 квадриллионов степеней свободы, при этом использовались все 11 136 узлов и более 44 500 процессоров APU AMD Instinct MI300A на El Capitan. Затем моделирование было продолжено на суперкомпьютере Frontier, расположенном в Ок-Риджской национальной лаборатории (ORNL), что позволило превысить отметку в один квадриллион степеней свободы.

Результаты демонстрируют поведение выхлопных газов, имитирующих сложную систему, разработанную по аналогии с ускорителем Super Heavy от SpaceX.

Выполненное моделирование задает новую планку для экзафлопсной производительности и эффективности использования памяти в области вычислительной гидродинамики. Это открывает возможности для создания ракетных систем с применением компьютерного моделирования, заменяя дорогостоящие и ограниченные физические испытания предсказательным моделированием с невиданной ранее детализацией.

По мере развития частной космонавтики, по мнению авторов, в ракетах-носителях всё чаще применяются массивы малогабаритных двигателей с высокой тягой вместо нескольких крупных ускорителей. Этот подход позволяет упростить процесс производства, обеспечивает дублирование двигателей и облегчает транспортировку, однако порождает и новые трудности. Совместная работа десятков двигателей приводит к сложному взаимодействию, которое может вызвать возврат раскалённых газов к основанию ракеты, угрожая успеху миссии. Новая технология моделирования даст возможность более продуктивно справляться с этой задачей.

Похожие статьи

Новый алгоритм Дарвина-Гёделя учит искусственный интеллект самостоятельно программировать.

В США производят эффективные процессоры: тайванские чипы TSMC возвращаются на родину для завершения производства.

В продаже — новая Lada Granta с увеличенным дорожным просветом

Новые модели Kia могут появиться на российском рынке.

Недорогой аналог Toyota Camry с пробегом более 2000 км завоевал популярность

Рамный внедорожник BAW 212 T01 с мощным двигателем: «Китайский УАЗ» с комфортом.