Développement d'un noyau de calcul LBM sur architecture GPU pour la simulation temps-réel en mécanique des fluides.

Design and study of a Lattice Boltzmann Method kernel on GPU architecture for real-time fluid simulation.

• Auteur / Autrice : Erwan Zamora medina
• Direction : Simon Marie
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Sciences pour l'ingénieur spécialité Mécanique des fluides
• Date : Inscription en doctorat le 01/09/2022
• Etablissement(s) : Paris, HESAM
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences des métiers de l'ingénieur
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : DynFluid - Laboratoire de dynamique des fluides
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Compressibles, Turbulence & Acoustique
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation de la thèse : Conservatoire national des arts et métiers (France)

Mots clés

Mots clés libres

Simulation numérique

Lbm

Gpu

Temps-réel

Interactif

Numerical simulation

Lbm

Gpu

Real-time

Interactif

Résumé

Qu'importe l'architecture matérielle considérée, les contraintes de simulation temps réel de l'environnement VR excluent l'utilisation de l'arithmétique double précision et privilégient la précision simple ou mixte [1]. Les objectifs de la thèse seront d'adapter un solveur LBM (sur une architecture CPU x86) existant aux nouvelles architectures GPU tout en considérant simultanément : - la (re-)formulation de l'algorithme LBM pour compiler avec les exigences des architectures GPU modernes (par exemple, la gestion de la mémoire, la planification des tâches sur les multiprocesseurs de streaming, l'évaluation des nouveaux besoins des coeurs tensoriels et de leurs bénéfices potentiels,...), - effectuer une analyse approfondie de l'utilisation de l'arithmétique à virgule flottante réduite sur la stabilité numérique et la précision des simulations LBM, - s'assurer que les ingrédients numériques (par exemple, le traitement des conditions aux limites, les techniques de stabilité numérique) nécessaires pour atteindre des applications pertinentes aux scénarios d'enseignement VR (par exemple, l'aérodynamique externe) répondent aux exigences d'efficacité numérique.

Regardless of the hardware architecture considered, real-time simulation constraints of the VR environment preclude the use of double-precision arithmetic and favour simple or mixed precision [1]. The PhD objectives will be to adapt an existing x86 LBM solver to new GPU architectures while simultaneously considering: - (re-)formulation of the LBM algorithm to compile with modern GPU architectures requirements (e.g. memory management, task scheduling on Streaming Multiprocessors, tackle the problem of new tensor-cores needs and potential benefit,...), - performing in-depth analysis of the use of reduced floating-point precision arithmetic on the numerical stability and accuracy of LBM simulations, - ensuring that the numerical ingredients (e.g. boundary condition treatments, numerical stability technics) necessary to reach applications relevant for VR teaching scenarios (e.g. external aerodynamic) meet the efficiency requirements.