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Plus les choses changent, plus elles restent les mêmes
Conséquence involontaire d'avoir parcouru de nombreux kilomètres sur le Thames Path lors d'un entraînement au marathon, j'ai découvert que juste à côté de chez moi se trouvait un morceau de l'histoire de Siemens. La société Siemens Brothers Co. Ltd. de Woolwich, Londres possédait un grand site dans la région de Woolwich Dockyard, au sud-est de Londres. Ce qui m'intéressait encore plus, c'est que dans les années 1920, entre autres choses, cette usine fabriquait des piles sèches ! Ces batteries étaient principalement utilisées pour les radios et dans les voitures.
Pourquoi est-ce que je trouve cela si intéressant ? Eh bien, si nous avançons rapidement de 100 ans, les batteries du secteur automobile sont un sujet d’intérêt. Bien sûr, pas pour la radio ou la bougie d'allumage comme les vieilles batteries des frères Siemens, mais pour piloter la propulsion du véhicule lui-même – et il y a encore au moins un représentant Siemens dans le Royal Borough de Greenwich (et des centaines d'autres dans le monde) qui souhaite aider!
Conception de batterie avec Simcenter STAR-CCM+
Avec Simcenter STAR-CCM+, les concepteurs de groupes motopropulseurs électriques peuvent plonger dans la conception détaillée des cellules, Emballement thermique et Gestion de la chaleur de packs de batteries avec un seul outil, accélérant ainsi tous les aspects de la conception du groupe motopropulseur des véhicules électriques.
Dans le même temps, la demande envers les ingénieurs continue d’augmenter, avec la nécessité d’augmenter le débit des simulations dans des délais serrés. Le matériel GPU est un une pièce de plus en plus importante du puzzle option pour atteindre un tel objectif. Par intérêt, j'ai regardé le nombre de publications faisant référence aux « CFD accélérés par GPU » sur ScienceDirect. Il ne s’agit peut-être pas d’une approche véritablement scientifique, mais les résultats indiquent que l’intérêt pour le domaine des simulations CFD avec GPU croît à un rythme accéléré.
Alors quoi de neuf?
GPU et CFD – Plus de matériel et plus de physique
Dans Simcenter STAR-CCM+ 2402, nous avons fait encore plus de progrès à la fois dans la gamme de matériel GPU pouvant être utilisé ainsi que dans la physique pouvant être modélisée nativement sur les GPU, s'étendant jusqu'à la gestion thermique détaillée ! Voici un rappel sur certaines des applications qui peuvent être exécutées de manière native sur les GPU avec Simcenter STAR-CCM+ :
Présentation de la fonctionnalité GPU AMD
Commençons par le matériel et dirigeons-nous du sud-est de Londres vers la Silicon Valley et le siège d'AMD. Pourquoi? Parce que Simcenter STAR-CCM+ 2402 prend désormais en charge l'utilisation des GPU AMD pour le calcul natif sur GPU ! Cela représente un changement radical dans l’élargissement de la portée du matériel GPU disponible qui peut être exploité. Nous recommandons en particulier la série AMD Instinct™ MI200 (MI210, MI250 et MI250X). L'Instinct MI100, la Radeon™ PRO W6800 et la Radeon PRO V620 sont également prises en charge. Avec cette introduction, Simcenter STAR-CCM+ occupe une position unique en tant que seul code CFD polyvalent pouvant fonctionner sur une suite complète de processeurs (x86 et ARM) et de GPU (AMD et NVIDIA). J'ai déjà parlé de la façon dont L'architecture GPU redéfinit les pratiques traditionnelles de conception CFD, et c'est une autre étape dans ce voyage. Nous sommes ravis de continuer à travailler avec AMD pour étendre encore plus les options matérielles dans les versions futures (telles que la série Instinct MI300) et continuer à rechercher encore plus d'optimisation des performances des simulations CFD avec GPU.
Simulations CFD de gestion thermique avec GPU
Armé de quelques GPU AMD MI210 et de ma pépite d'histoire locale de Siemens, j'ai décidé de simuler le comportement thermique d'une batterie en tirant parti d'une méthodologie de transfert thermique conjugué (CHT). Heureusement pour moi, un ensemble de fonctionnalités GPU natives nouvellement ajoutées a rendu cela possible dans Simcenter STAR-CCM+ 2402.
Modèle solide multi-composants pour CHT sur GPU
Tout d’abord, le modèle solide multi-composants. Cela permet d'appliquer facilement différentes propriétés de matériaux à des assemblages complexes de différentes pièces. Dans cet exemple, je peux alors facilement définir différents matériaux pour les connecteurs de bornes positives et négatives ainsi que les jeux de barres dans un seul continuum physique. Bien que nous n'utilisions que deux matériaux (aluminium et cuivre) dans cet exemple de batterie, les simulations thermiques complètes d'un véhicule peuvent avoir beaucoup plus de matériaux différents à spécifier, et disposer de la capacité solide multi-composants native du GPU est une autre étape pour pouvoir tirer parti les avantages en termes de vitesse, de coût et de performances par rapport aux architectures CPU traditionnelles.
Interfaces de contact mappées pour CHT sur GPU
La deuxième fonctionnalité native GPU ajoutée dans Simcenter STAR-CCM+ 2402 est la possibilité d'exploiter les interfaces de contact mappées (à la fois implicites et explicites) dans les simulations CFD avec GPU. Encore une fois, il s’agit d’un outil clé pour la modélisation de la gestion thermique, en particulier lorsqu’il s’agit de différentes échelles de temps.
[As a reminder, multi-timescale refers to thermal analysis where different components or domains have significantly different response times. For modelling the thermal behaviour of the battery pack, it specifically refers to the difference in response times between the fluid / coolant channel (reaches a steady state within milliseconds) and the solid components / battery stacks (reaches a steady state in order of seconds)].
À l'aide d'une interface de contact mappée explicite, le transfert de chaleur du canal de liquide de refroidissement est mappé sur les domaines solides. La génération de chaleur due à la charge/décharge de la batterie est modélisée ici comme une source de chaleur volumétrique. En effectuant des allers-retours entre fluide et solide à intervalles fixes, nous pouvons modéliser l'impact du liquide de refroidissement sur la température de la batterie de manière informatiquement efficace.
Évaluation des performances GPU AMD vs CPU AMD
En regardant une comparaison entre les processeurs AMD MI210 et AMD EPYC 7532, nous pouvons voir que l'utilisation de GPU donne des performances équivalentes à des centaines de cœurs de processeur. De plus, en estimant la consommation d'énergie pour chaque configuration (à l'aide des valeurs TDP répertoriées), nous pouvons constater que l'utilisation du matériel GPU peut réduire considérablement les coûts énergétiques lors de l'exécution de ces simulations.
À titre de référence, les 16 kWh économisés ici pourraient propulser un véhicule électrique à batterie (BEV), en moyenne, sur 80 km et les économies d'énergie après un an seraient suffisantes pour alimenter votre BEV dans le monde entier avec de l'énergie à revendre. [1]!
Bien que ces chiffres indiquent les opportunités offertes par l'exécution de simulations CFD avec des GPU, nous reconnaissons que il n’existe pas de solution miracle pour exécuter vos simulations CFD. Cela étant dit, les clusters HPC dotés d’une technologie de processeur décente continueront à disposer d’espace et resteront une centrale de calcul importante. En tant que telle, notre stratégie prend en charge une large gamme de matériel informatique tout en assurant une transition transparente entre ceux-ci. Cela implique que vous pouvez être assuré d'obtenir des résultats cohérents, que vous exécutiez votre travail sur des GPU ou des CPU.
Boostez vos simulations CFD avec des GPU
Tout comme le paysage post-industriel du sud-est de Londres a changé au fil des années, le paysage du HPC pour les applications d’ingénierie assistée par ordinateur a également changé. L'application de nouvelles architectures matérielles aux CFD offre la possibilité de réellement dynamiser vos simulations : en réduisant les délais d'exécution, les coûts de fonctionnement et les coûts matériels. En fin de compte, cela signifie plus de débit de simulation, plus de conceptions et de meilleurs produits. Maintenant, réfléchissons aux défis d'ingénierie sur lesquels Siemens travaillera dans 100 ans… quoi qu'il en soit, je suis convaincu que la simulation sera fermement au premier plan !
Dans un avenir proche, il ne vous reste plus qu'à alimenter encore un peu plus longtemps vos GPU gourmands en CFD (AMD)… Jusqu'à ce que la grande fête commence, lorsque le Simcenter STAR-CCM+ 2402 arrivera le 28 février.
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