Logran una resolución récord mundial en simulaciones de turbulencia

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Desde el agua que sale del grifo hasta las reacciones químicas en los motores a reacción que impulsan los aviones, la turbulencia afecta nuestra vida cotidiana.

Investigadores de Georgia Tech están estudiando la compleja física de la turbulencia en entornos simplificados que podrían ayudarnos a comprender mejor la naturaleza y la ingeniería.

En su forma más básica, la turbulencia comprende fluctuaciones desordenadas en una amplia gama de escalas tanto en el tiempo como en el espacio tridimensional.

Estas complejidades significan que muchos aspectos fundamentales aún no se comprenden.

Las computadoras pueden ayudar a desentrañar el misterio, pero las simulaciones numéricas directas basadas en leyes físicas exactas siempre han requerido muchos recursos. Sus desafíos son mayores cuando se investigan fluctuaciones raras y muy grandes.

Ahora, Frontier, la primera computadora a exaescala del mundo (y aún la más rápida), capaz de realizar un quintillón de operaciones por segundo, está ayudando a los investigadores a comprender mejor la turbulencia.

“La turbulencia es muy compleja, las teorías son incompletas y las mediciones de laboratorio son arduas”, dijo P.K. Yeung, profesor de la Escuela de Ingeniería Aeroespacial Daniel Guggenheim con un nombramiento conjunto de cortesía en la Escuela de Ingeniería Mecánica George W. Woodruff.

“Se espera que una resolución líder mundial de más de 5 billones de puntos de cuadrícula en Frontier conduzca a nuevos descubrimientos, que a su vez pueden facilitar avances en el modelado donde tanto los supuestos como las predicciones se pueden probar numéricamente“.

Yeung y su equipo accedieron a Frontier, ubicado en el Laboratorio Nacional de Oak Ridge, cuando se puso en línea por primera vez y también recibieron grandes asignaciones de tiempo en la máquina del programa INCITE, que está a cargo de la Oficina de Ciencia del Departamento de Energía de los EE. UU.

El poder de Frontier reside principalmente en potentes unidades de procesamiento gráfico (GPU), que calculan rápidamente.

El grupo de Yeung publicó un artículo que describe un algoritmo de gran éxito diseñado específicamente para aprovechar al máximo las características de Frontier para hacer que las simulaciones con una resolución extremadamente alta sean factibles y eficientes.

“En muchos campos científicos, la gente pensaba que no era posible realizar cálculos de esta magnitud, pero ahora lo hemos logrado, quizás antes de lo previsto“, afirmó Yeung.

“Nuestro trabajo en simulaciones de turbulencias también demuestra varios principios de programación avanzada de GPU que resultan interesantes en otros campos, especialmente aquellos en los que los denominados métodos pseudoespectrales son importantes.

Se espera que los impactos científicos de nuestras simulaciones a escala extrema se vean mejorados aún más mediante el intercambio de datos públicos en colaboración con el proyecto de base de datos de turbulencias de Johns Hopkins, respaldado por la National Science Foundation”.

Fuente: Computer Physics Communications