Chaire UNESCO - Calcul numérique intensif

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1 Chaire UNESCO - Calcul numérique intensif
HYDROGEOLOGIE COUPLAGE DE CODES J. Erhel – INRIA / RENNES É. Canot - INRIA / RENNES A. Ribes – INRIA / Rennes Chaire UNESCO - Calcul numérique intensif TUNIS - Mars 2004

2 Plan Introduction Modèles de programmation sur une grille de calcul
Application en hydrogéologie Conclusion

3 Couplage de code Ecoulement Transport Mécanique Chimie Thermique

4 Caractéristiques Echange de données
Volumes importants et échanges assez fréquents Temps de calcul et espace mémoire Simulations 3D, calcul transitoire, systèmes linéaires creux

5 Exemple : insertion d’eau salée
écoulement pression et vitesse liées à la concentration de sel transport concentration de sel liée à la vitesse

6 Grille de calcul SAN LAN Homogeneous cluster WAN SAN Visualisation
Supercomputer Homogeneous cluster

7 Couches logicielles d’une grille

8 Support de l’exécutif Réseaux hétérogènes
Machines hétérogènes et structure dynamique Plusieurs modèles de programmation Parallélisme et distribution

9 Applications en hydrogéologie
Couplage de phénomènes physiques Un code = un phénomène physique Codes parallèles Intrusion d’eau salée Transport réactif Milieux fracturés Projet Hydrogrid, de l’ACI-GRID

10 Programmation d’une grille de calcul
Introduction Couplage et distribution de composants logiciels Composants logiciels en hydrogéologie Conclusion

11 Les composants logiciels
Unité logique indépendante Unité de déploiement Interfaces spécifiées facette réceptacle FOURNI REQUIS puits d’évènement attributs

12 Assemblage de composants
I1 I1 component C1 : uses I1 component C2 : provides I1 C1 C2 I1 connect_I1(C1,C2) C1 C2

13 Composants et grilles de calcul
Code modulaire Distribution des composants Modèle de composant CORBA Modèle de composant parallèle GridCCM Un composant par grappe Ecoulement Mécanique Homogeneous cluster Transport Homogeneous cluster Thermique Chimie Homogeneous cluster Homogeneous cluster Homogeneous cluster

14 Composants parallèles
Redistribution des données Flux de communications parallèles

15 Hydrogéologie et grilles de calcul
Introduction Couplage et distribution de composants logiciels Composants logiciels en hydrogéologie Conclusion

16 Composants et hydrogéologie
un code = un composant logiciel Couplage numérique = distribution des composants Composants parallèles

17 Intrusion d’eau salée Écoulement : vitesse et pression fonction de la densité Densité fonction de la concentration en sel Transport du sel par convection (vitesse) et diffusion-dispersion (vitesse)

18 (schéma itératif à chaque pas de temps )
Intrusion d’eau salée contrôleur Transport Ecoulement t = 0 t = Δt (schéma itératif à chaque pas de temps ) temps

19 composant composant Transport Ecoulement Intrusion d’eau salée
Contrôleur (scalaires) (scalaires) vitesse composant Transport composant Ecoulement concentration

20 Transport réactif en milieu poreux
Echange liquide-gaz Dispersion Dissolution Précipitation Sorption Relargage Biologie u Convection Réactions en solution

21 (schéma itératif à chaque pas de temps)
Transport réactif N espèces temps t = 0 t = Δt contrôleur Transp. 2 Transp. 1 Chimie ... ... (schéma itératif à chaque pas de temps)

22 composant Transport composant Transport composant Transport composant
Transport réactif composant Contrôleur composant Transport composant Transport composant Transport composant Transport composant Chimie composant Transport (i) concentration(i) i : espèce

23 Très grand nombre de fractures Méthode de sous-domaines
Réseau de fractures Très grand nombre de fractures Méthode de sous-domaines

24 composant Ecoulement composant fracture(i) Ecoulement composant
Réseau de fractures composant Contrôleur composant Ecoulement fracture(i) composant Ecoulement fracture(i) composant Ecoulement fracture(i) composant Ecoulement fracture(i) composant Ecoulement fracture(i) composant Ecoulement fracture(i) composant Ecoulement fracture (i) composant réseau de liens vitesse pression i : fracture

25 Couplage de composants
Chimie Ecoulement Transport Transport réactif Réseau de fractures Eau salée

26 Composant écoulement Calcul de la densité
Calcul de la matrice et du second membre Résolution du système linéaire Calcul de la vitesse Composant parallèle

27 Composant écoulement Calcul des matrices : METIS Minimiser les interfaces et équilibrer les tâches proc #0 proc #1 proc #2

28 Composant écoulement Résolution des systèmes linéaires

29 Améliorer les performances ?
Composant écoulement Ordre du système = O(n) Améliorer les performances ? 3D ?

30 Composant transport Convection : calcul explicite et limiteur
Dispersion : calcul de la matrice et du second membre Résolution du système linéaire Composant parallèle

31 Composant chimie Équilibre chimique en chaque point du maillage
Parallélisme trivial Équilibrage de charge ?

32 Distribution des données Eau salée : écoulement-transport
Partitions identiques ou différentes

33 Distribution des données transport-chimie
Un composant transport par espèce avec partition du maillage Un composant chimie avec plusieurs espèces par points transport chimie transport transport

34 Distribution des données réseau de fractures
Un composant écoulement par fracture avec partition de maillage Structure locale à la fracture / structure globale du réseau

35 Conclusion et perspectives
Composants logiciels adaptés au couplage multi-physique Distribution de composants indépendants Parallélisation des composants par METIS et MUMPS Améliorer les performances Développer les composants avec Corba et GridCCM Simulations 3D