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Contributions à l'amélioration de l'extensibilité de simulations parallèles de plasmas turbulents
Fabien ROZAR
Jeudi 05/11/2015, 10h15-12h30
Salle René GRAVIER 506 rdc, CEA Cadarache

Jury composé de :

  • Alberto Bottino, Examinateur, Chargé de recherche, IPP Garching, Allemagne,

  • Olivier Coulaud,  Examinateur, Directeur de recherche, INRIA,

  • Virginie Grandgirard,  Invitée, Ingénieur-chercheur, CEA Cadarache,

  • Alain Ketterlin, Examinateur, Maître de conférence, Univ. de Strasbourg,

  • Guillaume Latu, Encadrant CEA, Ingénieur-chercheur, CEA Cadarache,

  • Jean-François Méhaut, Rapporteur, Professeur, Univ. de Grenoble 1,

  • Michel Mehrenberger, Invité, Maître de conférence, Univ. de Strasbourg,

  • Boniface Nkonga, Rapporteur, Professeur, Univ. de Nice Sophia-Antipolis,

  • Jean Roman, Directeur de thèse, Professeur, INRIA et Bordeaux INP.

 

 

Pour améliorer notre connaissance des phénomènes qui interviennent lors de la réaction de fusion nucléaire, l'expérience et la simulation sont mises à contribution. Les expériences réalisées sur les Tokamaks permettent de relever des mesures, elles nécessitent l'utilisation de technologies avancées. Néanmoins, ces mesures ne permettent pas actuellement d'accéder à toutes échelles de temps et d'espace des phénomènes physiques. La simulation numérique permet d'explorer ces échelles encore inaccessibles par l'expérience. Les ressources matérielles qui permettent d'effectuer des simulations réalistes sont conséquentes. L'usage du calcul haute performance (High Performance Computing - HPC) est nécessaire pour avoir accès à des simulations réalistes. Ceci se traduit par l'exploitation de grandes machines de calcul aussi appelées supercalculateurs.

 

Les travaux réalisés durant cette thèse portent sur l'optimisation de l'application Gysela qui est un code de simulation de turbulence de plasma. L'optimisation d'un code de calcul scientifique vise classiquement l'un des trois points suivants :

  1. la simulation de plus grand domaine de calcul,

  2. la réduction du temps de calcul et

  3. l'amélioration de la précision des calculs.

La première partie de ce manuscrit présente les contributions concernant la simulation de plus grand domaines. Comme beaucoup de codes de simulation, l'amélioration de la précision de la simulation est souvent synonyme de raffinement du maillage. Plus un maillage est fin, plus la consommation mémoire est grande. De plus, durant ces dernières années, les supercalculateurs ont eu tendance à disposer de moins en moins de mémoire par coeur de calcul. Pour ces raisons, nous avons développé une bibliothèque, la LIBMTM (Modeling and Tracing Memory Library), dédiée à l'étude de la consommation mémoire d'applications parallèles. Les outils de la LIBMTM nous ont permis de réduire la consommation mémoire de Gysela, mais aussi d'étudier puis améliorer sa scalabilité mémoire. A l'heure actuelle, il n'existe pas d'outil équivalent permettant l'étude de cette scalabilité mémoire.

 

La deuxième partie de ce manuscrit présente les travaux concernant l'optimisation du temps d'exécution et l'amélioration de la précision de l'opérateur de gyromoyenne. Cet opérateur est fondamental dans le modèle gyrocinétique qui est utilisé par l'application Gysela. L'amélioration de la précision vient d'un changement de la méthode de calcul : un schéma basé sur une interpolation de type Hermite vient remplacer l'approximation de Padé. Il s'avère que cette nouvelle version de l'opérateur est plus précise mais aussi plus coûteuse en terme de temps de calcul que l'opérateur existant. Afin que les temps de simulation restent raisonnables, différentes optimisations ont été réalisées sur la nouvelle méthode de calcul pour la rendre très compétitive. Nous avons aussi développé une version parallélisée en MPI du nouvel opérateur de gyromoyenne. La bonne scalabilité de cet opérateur de gyromoyenne permettra, à terme, de réduire des coûts en communication qui sont pénalisants dans Gysela.

Contact : LA216364

 

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