El Capitan провёл беспрецедентное гидродинамическое моделирование для испытаний ракет

Американские учёные задействовали экзафлопсный суперкомпьютер El Capitan для выполнения крупнейшей в истории симуляции гидродинамических процессов. В рамках одной задачи вычислительной гидродинамики (CFD) они обработали свыше одного квадриллиона степеней свободы.

Имитация была сосредоточена на анализе выхлопных газов ракетных двигателей, однако предложенный подход универсален и подходит для решения разнообразных задач — от оценки акустики авиационных двигателей до биомедицинской гидродинамики. Учёные, в частности, исследовали турбулентное слияние струй от нескольких одновременно работающих ракетных моторов.

Команда достигла ускорения вычислений в 80 раз относительно предыдущих подходов, сократила объём памяти в 25 раз и уменьшила потребление энергии более чем в 5 раз. Синтезируя оптимизированные алгоритмы с уникальной архитектурой процессорных ядер El Capitan, они продемонстрировали возможность выполнения подобных симуляций за часы вместо недель. За этот прорыв лаборатория вошла в число финалистов премии ACM Gordon Bell Prize 2025 — главного признания в сфере высокопроизводительных вычислений.

Для моделирования крайне сложного турбулентного потока, возникающего при синхронной работе нескольких ракетных двигателей, применили инновационный метод регуляризации ударных волн — Information Geometric Regularization (IGR).

В ходе эксперимента команда задействовала все 11 136 вычислительных узлов El Capitan и свыше 44 500 процессоров APU AMD Instinct MI300A, что позволило оперировать более чем 500 квадриллионами степеней свободы. Позднее исследование было расширено на суперкомпьютере Frontier в национальной лаборатории Оук-Ридж (ORNL), где преодолели отметку в один квадриллион степеней свободы.

Полученные данные точно отражают динамику выхлопных газов в сложной схеме, вдохновлённой ускорителем Super Heavy от компании SpaceX.

Эта симуляция задаёт новый ориентир в экзафлопсной производительности и оптимизации использования памяти в вычислительной гидродинамике. Она прокладывает дорогу к разработке ракетных систем методом высокоточного предиктивного моделирования, способного заменить дорогостоящие и ресурсозатратные физические испытания.

Авторы подчеркивают, что с ростом частного космического сектора носители всё чаще комплектуют не несколькими массивными ускорителями, а сотнями компактных двигателей с высоким уровнем тяги. Такой подход упрощает массовое производство, повышает отказоустойчивость и облегчает логистику, однако создаёт новые вызовы. При одновременной работе десятков двигателей их выхлопные потоки сложным образом взаимодействуют, что может провоцировать возвращение раскалённых газов к основанию ракеты, ставя под угрозу успешность миссии. Новая методика симуляции позволит эффективнее предотвращать подобные явления.

Источник: iXBT