Ensimmäinen pullonkaula massiivisessa rinnakkaislaskennassa on usein käytettävissä olevien rinnakkaislisenssien yhtäaikainen lukumäärä. Tältä rajoitteelta vältytään hyödyntämällä avoimen lähdekoodin ohjelmia.

”LSCFD-projektin tavoitteina olikin testata, demota ja ohjeistaa koko virtauslaskennan tuotantoketju alkaen laskentahilan määrittelystä tulosten visualisointiin käyttäen vapaan lähdekoodin ohjelmistoja. Kohteina olivat erityisesti suuren mittakaavan laskentatehtävät, joissa haasteet liittyvät hilan suureen kokoon, tehtävän rinnakkaistamiseen ja suuren rinnakkaisdatamäärän käsittelyyn. Tavoitteena oli myös toteuttaa massiivisesti rinnakkaiseen ympäristöön moderni versio suurten pyörteiden menetelmästä (ns. Variational Multiscale Method, VMS). Hankkeen muita tavoitteita olivat tiedon siirto suomalaisille virtauslaskennan käyttäjäryhmille kurssien, seminaarien ja julkaisujen avulla sekä lisätä supertietokoneiden käyttöä virtauslaskennassa”, kertoo hankkeen projektipäällikkö Peter Råback.

CSC:n lisäksi hankkeeseen osallistuivat Okmetic – osarahoittajana, VTT - pienenä alihankkijana sekä TKK, LTY, VTT, Okmetic ja Numerola – Jr. Käytännössä CSC vastasi suurimmasta osasta hankkeen kustannuksista. Kaksivuotinen hanke päättyi huhtikuun lopussa 2010 ja maksoi noin 400.000 euroa. Hanke oli yksi neljästä CSC:n koordinoimasta MASI-ohjelman hankkeesta.

Keskeisenä tuloksena CSC:n kannalta oli hankkeen Elmer-kehitykselle tuomat lisäresurssit. Elmeriin implementoitiin edellä mainittu VMS-ratkaisija ja lisäksi kehitettiin uusia strategioita Navier-Stokes -yhtälöiden ratkaisemiseen käyttämällä ns. blokkipohjustinta. Elmer sai projektin kautta myös kansainvälistä tunnustusta, kun se liitettiin osaksi PRACE:n käyttämää suurteholaskennan koetinkuormapakettia, jolla testataan Eurooppaan hankittavien PetaFLOP-luokan superkoneiden tehokkuutta.

Rinnakkaislaskennassa Elmer-ohjelmiston todettiin skaalautuvan hyvin 4000 suoritinytimeen saakka. Lisäksi testattiin OpenFOAM-ohjelmiston skaalautuvuutta.  Testattuun 1000 suoritinytimeen saakka skaalautuminen oli jopa superlineaarista eli lisäämällä suoritinmäärää kokonaisteho kasvoi enemmän kuin lisättyjen suorittimien teho.

Råbackin mukaan LSCFD-ohjelmalla oli merkittävä vaikutus CSC:n oman toiminnan kannalta. ”Elmer-ohjelma on entistä monipuolisempi. Sen pullonkaulat tunnetaan nyt paremmin ja asiakkaita osataan neuvoa paremmin ongelmatilanteissa. Hankkeessa mukana olleista erityisesti Okmetic hyötyi saadessaan käyttöön aidosti moniskaalaisen kiteenkasvatusmallin.  Tutkimusyhteisö hyötyi järjestetystä koulutuksesta ja Elmerin kehitystyön kautta hyödyt leviävät vähitellen käyttäjäkunnan keskuuteen”, Råback arvioi.

Kuvateksti: Kuvissa näkyy lämpötilan kehittyminen vesisäiliössä, kun pohjaa lämmitetään ja pintaa jäähdytetään. Lasku on suoritettu rinnakkaisajona VMS-menetelmää hyödyntäen.

Paavo Ahonen