Conception et mise en œuvre hautes performances de solveurs linéaires parallèles efficaces pour résoudre des problèmes scientifiques complexes multi-physiques et multi-échelles de très grande taille, et leur intégration effective dans des codes applicatifs.

 Objectifs

L’obtention de nouvelles avancées en simulation numérique haute performance nécessite la poursuite de développements de nouvelles techniques algorithmiques et numériques, la réalisation d’implantations logicielles parallèles performantes et leur intégration effective dans des grands codes de calcul pour
réaliser des simulations frontières en vraie grandeur.
La résolution de systèmes linéaires creux de (très) grande taille est un de ces outils qui intervient de manière centrale dans de multiples simulations et applications relevant des sciences de l’ingénieur. En particulier, les modélisations basées sur des EDP (Équations aux Dérivées Partielles) sont souvent consommatrices de ce type d’opération de base en algèbre linéaire ; dans ce cadre, les systèmes linéaires non structurés peuvent atteindre des tailles de plusieurs dizaines voire plusieurs centaines de millions d’inconnues pour des problèmes 3D. Par ailleurs, la résolution de systèmes linéaires peut
intervenir dans différentes circonstances, soit comme le résultat de la discrétisation d’un opérateur linéaire, soit dans un schéma non-linéaire ou temporel, soit encore dans une processus d’optimisation.
Dans un environnement concurrentiel où la simulation numérique tend à prendre le pas sur la simulation physique, les modélisations et discrétisations sont de plus en plus fines pour être plus précises, ce qui conduit à des problèmes de tailles toujours croissantes.
L’objectif de ce projet est donc la conception et la mise en oeuvre hautes performances de solveurs linéaires parallèles efficaces pour résoudre des problèmes scientifiques complexes multi-physiques et multi-échelles de très grande taille, et leur intégration effective dans des codes applicatifs dans le but de faire des simulations aujourd’hui hors de portée.

 Apports du CNRM-GAME

Développement de nouvelles techniques algorithmiques et numériques :
Pour Méso-NH, poursuite de l’amélioration du schéma d’advection eulérien PPM, afin d’optimiser les simulations de chimie atmosphérique.
Pour MOCAGE et Méso-NH, expérimentation de solveurs linéaires sur des cas tests de chimie atmosphérique en vue d’une implémentation.

 Description du projet

La recherche proposée dans ce projet vise :
– à concevoir une nouvelle algorithmie pour enrichir les fonctionnalités de solveurs directs parallèles.
– à intégrer ces solveurs linéraires dans les codes applicatifs avec les nouvelles fonctionnnalités qui auront été priorisées en fonction de leur utilisation dans les codes applicatifs.

Dans ces codes de simulation apportés par les partenaires, tels que Méso-NH et MOCAGE, les nouveaux solveurs seront utilisés soit pour compléter les fonctionnalités de solveurs linéaires existants, soit pour développer de nouveaux schémas numériques. Le bénéfice visé est l’amélioration de l’efficacité pour des simulations de très grande taille.

Les tâches scientifiques se déclinent de la façon suivante :

• Tâche 1 : Algèbre linéaire creuse
• T 1.1 : Détection du noyau
• T 1.2 : Factorisation et résolution hors mémoire (OOC:Out-Of-Core)
• T 1.3 : Partitionneur et réordonnanceur
• T 1.4 : Parallélisation de la phase d’analyse des solveurs directs
• T 1.5 : Techniques hybrides directe/itérative
• Tâche 2 : Codes applicatifs
• T 2.1 : Applicatifs actuellement utilisateurs d’outils d’algèbre linéaire creuse
• T 2.1.1 : Structures, Code Aster (EDF)
• T 2.1.2 : Electromagnétisme, Odyssée (CEA-CESTA)
• T 2.1.3 : Acoustique et vibro-acoustique (EADS_CCR)
• T2.2 : Applicatifs candidats à l’utilisation d’outils d’algèbre linéaire creuse
• T 2.2.1 : Préparation de Mocage
• T 2.2.2 : Préparation de Meso-NH
• T 2.2.3 : Expérimentation de solveurs linéaires sur des cas tests extraits de simulations en chimie atmosphérique, choix d’une méthode de résolution et test
• T2.2.4 : Choix d’une méthode de résolution et de test pour une simulation en chimie atmosphérique
• Tâche 3 : La plateforme TLSE

 Livrables ou résultats attendus

Les résultats attendus du projet sont :

• 1. R1 (rapport) : Spécifications des besoins/cas tests
• 2. S1 : Prototypes logiciels des logiciels spécifiés dans R1
• 3. R2 (rapport) : Analyse des performances de S1 sur les cas tests définis dans R1
• 4. S2 : Version consolidée des logiciels prototypés par S1
• 5. R3 (rapport) : Rapport décrivant les simulations frontières réalisées

 Partenaires

Consortium de 8 partenaires :

1. INRIA Futurs-LaBRI
2. CERFACS
3. INRIA-LIP
4. Institut National Polytechnique de Toulouse – IRIT
5. CEA-CESTA
6. EADS-CCR
7. EDF R&D
8. CNRM-GAME