Google AI présente un nouveau cadre de simulation TensorFlow qui permet le calcul des écoulements de fluides avec les TPUs

Google AI présente un nouveau cadre de simulation TensorFlow pour calculer les écoulements de fluides avec les TPUs.

En mécanique des fluides, connue sous le nom de dynamique des fluides numérique (CFD), les problèmes liés à l’écoulement des fluides et au transfert de chaleur sont examinés et résolus à l’aide de techniques et d’algorithmes numériques. Elle peut être utilisée dans une grande variété de domaines scientifiques et industriels. Différents domaines académiques et industriels utilisent la dynamique des fluides numérique (CFD). Elle est appliquée à la conception d’éoliennes et de centrales électriques efficaces dans le secteur de l’énergie, aux processus de mélange et de chimie dans le secteur manufacturier, à l’océanographie et à la prévision météorologique dans les sciences de l’environnement, à l’analyse structurale et à la modélisation des inondations dans le génie civil, et à la conception de bâtiments économes en énergie dans l’industrie du bâtiment. Elle est également utilisée dans l’aérospatiale et l’ingénierie automobile pour améliorer l’aérodynamique et les performances des moteurs.

Les progrès remarquables réalisés dans la création d’algorithmes informatiques, la construction de modèles physiques et l’analyse des données ont rendu ces capacités possibles. De plus, les systèmes informatiques haute performance (HPC) ont considérablement amélioré la disponibilité, la vitesse et l’efficacité, permettant des simulations d’écoulement à haute fidélité avec une résolution croissante et en tenant compte de processus physiques complexes.

Pour mieux comprendre ces phénomènes, l’étude de la turbulence est omniprésente dans les écoulements de fluides environnementaux et d’ingénierie. La simulation numérique directe (DNS), qui représente avec précision le champ d’écoulement tridimensionnel instable sans approximations ni simplifications, est utile pour comprendre ces écoulements turbulents. Bien qu’attirantes, de telles simulations nécessitent beaucoup de puissance de traitement pour représenter avec précision les schémas d’écoulement des fluides sur différentes échelles géographiques.

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Ainsi, pour faciliter cette question, les chercheurs ont développé une formulation de simulation qui permet de calculer les écoulements de fluides avec des TPUs. Les chercheurs l’ont formulé pour utiliser les avancées de pointe dans la conception matérielle des TPUs et le logiciel TensorFlow. Ils ont souligné que ce cadre présente une évolutivité efficace pour s’adapter à des tailles de problèmes variables, ce qui se traduit par des performances d’exécution améliorées.

Il utilise TensorFlow basé sur le graphique comme paradigme de programmation. L’exactitude et les performances de ce cadre sont étudiées numériquement et analytiquement, en se concentrant spécifiquement sur les effets de l’arithmétique en virgule flottante à simple précision native des TPUs. L’algorithme et la mise en œuvre sont validés avec des simulations canoniques de vortex de Taylor-Green en 2D et 3D.

Tout au long du développement des solveurs CFD, des problèmes de référence idéalisés ont souvent été utilisés, dont beaucoup ont été intégrés à cette entreprise de recherche. Un benchmark requis pour l’analyse de la turbulence est la turbulence isotrope homogène (un écoulement canonique et bien étudié dans lequel les propriétés statistiques, telles que l’énergie cinétique, sont invariantes sous les translations et les rotations des axes de coordonnées). Les chercheurs ont utilisé une grille à résolution fine avec huit milliards de points.

Les chercheurs ont étudié la capacité à simuler des écoulements turbulents. Pour cela, des simulations ont été réalisées pour deux configurations spécifiques : la turbulence isotrope homogène décroissante et un jet plan turbulent. Les chercheurs ont constaté que les deux simulations présentent une forte concordance statistique avec les réponses de référence.

Les chercheurs ont également utilisé quatre scénarios de test distincts comprenant un écoulement de vortex de Taylor-Green en 2D et 3D, une turbulence isotrope homogène décroissante et un jet plan turbulent. Les résultats des simulations ont montré que les erreurs d’arrondi n’affectaient pas les solutions, indiquant un niveau de précision de second ordre.

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