100x sneller Overstromingsberekeningen door parallel rekenen Klaas-Jan van Heeringen Bram Havers WWW.FLOODCONTROL2015.COM
>
20 februari 2010
SLIDE
Wat zou het mooi zijn als …..
? SLIDE
2
Stelling
Bij een dreigende overstroming dragen snelle en accurate berekeningen bij aan een betere besluitvorming
SLIDE
3
1_hoofdscherm
Dashboard Waterveiligheid
SLIDE
4
Voordat je dit soort plaatjes hebt …..
SLIDE
5
Wat zou het mooi zijn als …..
SLIDE
max. en minimale voorspelling
opgetreden
25-75% zekereheid
gemiddelde
33-67%
… onzekerheden in weersverwachting doorwerken in voorspelde waterhoogtes Ensemble van 50 mogelijkheden Modellen veelal te gedetailleerd en te traag
6
Wat zou het mooi zijn als ….. ... inundatieberekeningen meer detail zouden hebben Nu is 100x100 meter al nauwelijks te doen Maar we hebben AHN-2 (0,5 x 0,5 m)
10 punten per m2, combinatie van Flimap en AHN2, met X,Y,Z en kleur SLIDE
7
Doel sneller en beter inzicht versnelling van de berekening hoger detailniveau
Versnelling: 10 x 10 = 100 (+) Detailniveau: 20x fijner SLIDE
8
Mogelijkheden voor versnelling GPU
CPU
cl te us
lis at ie
ste d ne
vi su a
ie llisat
e ar
lle para
vie w
rs
w rd ha
P
o ne c o h c s
sub
so f tw
M G
tie tisa ma
ram et e rs
ar e
e sch
pa
-gr i ds
versnellen
de
SLIDE
9
Alle mogelijkheden uitbuiten
Visualisatietechnieken Hardware Software Good Modelling Practice
Versnelling: 10 x 10 = 100 (+) Detailniveau: 20x fijner SLIDE 10
Software Nieuwe berekeningsmethoden Gekoppelde modellen Integrale modellering (neerslagafvoer en overstroming) Subgrids (gedetailleerde invoer automatisch opschalen)
Wordt opgepakt in 3Di project
SLIDE 11
Software Nieuwe numerieke algorithmes Ongestructeerde roosters Niet langer op 1 CPU
SLIDE 12
High Performance Computing
IBM Water Management focus Nederland: flood control en stedelijk waterbeheer Ierland: oceaan en kust Frankrijk: modeling and simulation, high performance computing missie voor water
MONTPELLIER, FRANCE and ARMONK, NY – Nov.19th, 2009 In a region of France known for sunshine, agriculture and natural spring water, IBM (NYSE: IBM) has established a Center of Excellence for Water Management to use high performance computing to monitor and forecast the impact of climate change and severe weather conditions on water resources.
SLIDE 13
Microprocessor Transistor Trend
1 Million
Power4
2
5
10 1.0E+02
10 1.0E+05
1980 1000 1985
1990
1995
2000
2005
1990
2010
Single thread performance growth slows significantly System throughput continues to grow
Power6 Z6 CP Z6 SC
2010
Single-Thread Performance Sequential
10 Historical Growth Trend=45% per year
1998
2005
Parallel computing is very scalable
4 Core
1 Core
1996
2000
>4 Core
100
SPECint_2000_rate
1995
2 Core
1 1994
RS64-4
Power3-II
6
10 1.0E+06
Power3
1.0E+07 107
Power5+
BlueGene/P
3
1.0E+03 10
GS/GT Power5+
8
10 1.0E+08
Moore’s law still true ~50% CAGR
Power5
1 Billion
BlueGene/L
9
10 1.0E+09
Clock Speed (MHz)
Number of Transistors
1.0E+10 10
Power4+
Energy and heat 104 1.0E+04 limit high Intel's 2003 Intel Processors Roadmap processor IBM Processors speeds
10
computing limited 2000
2002
2004
2006
2008
2010 SLIDE 14
Solutions for High Performance Computing 4096 cores 2, 4 to 8 cores
PC (Intel, AMD, GPU)
Cluster of PCs (mostly Intel, AMD)
100 – 300 cores
Integrated Clusters with fast interconnect) Intel, AMD and IBM POWER7
Massively Parallel Computer (MPP) (Intel, AMD, POWER7, BlueGene)
The BlueGene/P system scales to 256 racks achieving 3.56 PF/s peak Up to 819200 cores SLIDE 15
Specialized “hybrid” super computers Hybrid System
General Purpose Systems
Throughput & Computational
Accelerators
IBM CELL BE Examples: Sony Playstation Microsoft XBox
Example: Los Alamos IBM Roadrunner AMD + Cell = petaflop and low power consumption GPUs
FX 580
FX 1800
FX 3700
FX 3800
FX 5600
S1070
SLIDE 16
Example Electricité de France (EDF) Application (spartacus-3D) Marin, coastal and river (dikes) use. Examples: Impact of waves hitting power generating dams for safety and construction optimization Flooding impact near nuclear power plants
3D modelling of complex free-surface flows
Results Particles (>20 millions) simulation on Bluegene/P system 20 times faster with 1024 processors
SLIDE 17
Example Telemac3D (Montepellier area) Application Pollution spreading through rivers at heavy rain Using Telemac application
Results Parallelization has improved run time from 17437s to 187s when using a 4 nodes 32 cores cluster
System Used Production System (Sequential) Cluster1 - 1 Core Cluster1 - 2 Cores Cluster1 - 4 Cores Cluster1 - 8 Cores Cluster2 - 16 Cores Cluster2 - 32 Cores
# points plan Z levels T3D Version Simulated Time Run Time 6452 5 V5P5 1d 6h 17437 6452 5 V5P5 1d 6h 2918 6452 5 V5P5 1d 6h 1408 6452 5 V5P5 1d 6h 692 6452 5 V5P5 1d 6h 400 6452 5 V5P5 1d 6h 236 6452 5 V5P5 1d 6h 187
SLIDE 18
Dit jaar HPC in Flood Control 2015 2010.11: Demonstrator Flood Control Room Werkpakket 1
Onderzoek naar functionele integratie van FC2015 producten in DFCR
2
Onderzoek naar toepassing FC2015 concepten in stedelijke omgeving (de case Rotterdam)
3
Onderzoek naar methoden voor inzet DFCR als trainings- en simulatieomgeving
4
Ontwikkeling referentie-architectuur voor trainingsomgevingen en inzet HPC tijdens hoogwatercrises
5
Ontwikkeling FC2015 onderwijsprogramma voor hoger onderwijs
SLIDE 19
Feedback …. tijd voor discussie
SLIDE 20
Hoe gaan we het aanpakken Programmering in 2010 Voorstudie in kader deelproject High Performance Computing Onderzoek naar haalbaarheid Programmering in 2011 Uitvoering ? Toepassen in operationele context
100+ sneller 20x meer detail Gaat lukken! SLIDE 21
Colofoon Klaas-Jan van Heeringen - Deltares
[email protected] Bram Havers – IBM
[email protected]
SLIDE 22
