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Moteur de recherche d'offres d'emploi CEA

Portabilité de performance des schémas LBM en contexte AMR H/F


Détail de l'offre

Informations générales

Entité de rattachement

Le Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA) est un organisme public de recherche.

Acteur majeur de la recherche, du développement et de l'innovation, le CEA intervient dans le cadre de ses quatre missions :
. la défense et la sécurité
. l'énergie nucléaire (fission et fusion)
. la recherche technologique pour l'industrie
. la recherche fondamentale (sciences de la matière et sciences de la vie).

Avec ses 16000 salariés -techniciens, ingénieurs, chercheurs, et personnel en soutien à la recherche- le CEA participe à de nombreux projets de collaboration aux côtés de ses partenaires académiques et industriels.  

Référence

2020-13967  

Description de l'unité

Au sein du CEA, le Service de Thermohydraulique et de la Mécanique des Fluides (STMF) :
- conçoit, développe et qualifie les logiciels de simulation de la thermohydraulique et de la mécanique des fluides pour les réacteurs et installations nucléaires aux différentes échelles ;
- conçoit et réalise des programmes expérimentaux en support à la compréhension des phénomènes et à la validation des modèles physiques implantés dans les logiciels ;
- réalise les études et expertises qui lui sont confiées pour des applications nucléaires et quelques-unes hors nucléaire dans le domaine énergétique.

Description du poste

Domaine

Mathématiques, information  scientifique, logiciel

Contrat

Post-doctorat

Intitulé de l'offre

Portabilité de performance des schémas LBM en contexte AMR H/F

Sujet de stage

Les simulations de la thermohydraulique des cœurs des réacteurs nucléaires (qui présentent la particularité d'être encombrés par des éléments solides) ou de systèmes poreux, comme les piles à combustibles, sont actuellement inaccessibles à la simulation
numérique directe. Dans ce contexte, la méthode de « Boltzmann sur réseau » (Lattice Boltzmann Methods – LBM) [1] est de premier
intérêt car son algorithme est intrinsèquement parallèle et parfaitement adapté aux architectures HPC (High Performance Computing). Lorsque les opérateurs sont non locaux, la parallélisation des noyaux LBM est facilitée par le fait que les accès mémoires n'impliquent que les plus proches voisins, et par conséquent, elle est également bien adaptée aux calculs sur des clusters de cartes graphiques (multi-GPUs). Sur ces architectures, l'utilisation efficace de la large bande passante mémoire est facilitée par les accès réguliers à
la mémoire.

Durée du contrat (en mois)

12 mois

Description de l'offre

Contexte

Afin de réaliser des simulations performantes d’écoulements sur différentes plate-formes HPC (CPUs multi-cœurs et GPUs), le code LBM_saclay [2, 3] a été développé en collaboration entre la DRF et la DES du CEA. La portabilité du code LBM_saclay est rendue possible grâce à la bibliothèque C++/Kokkos [4] qui permet d’implanter de manière générique des noyaux performants, à la fois sur des multi-CPUs et sur multi-GPUs.

La LBM actuellement mise en œuvre utilise une grille régulière, et peut gagner en efficacité en utilisant une approche de « Raffinement adaptatif du maillage » (Adaptive Mesh Refinement – AMR). La grille de calcul peut ainsi être adaptée en fonction de l’évolution des grandeurs calculées ou de la géométrie d’intérêt. L’application de l’AMR est une thématique originale en LBM pour simuler les écoulements monophasiques « encombrés » ou diphasiques avec suivi d’interface. Par ailleurs, son utilisation combinée avec des GPUs et des CPUs pour la parallélisation en mémoire distribuée est récente et reste peu explorée (e.g. [5])

Objectifs

Le travail proposé consiste d’une part à développer (ou à adapter de la littérature déjà existante sur le sujet [6, 7, 8, 9]) un schéma LBM adapté aux grilles non-conformes. Le schéma devra être cohérent avec les applications d’intérêt au sein du service (milieux poreux et écoulements multiphasiques en 3D) et portable sur plusieurs architectures parallèles. Il s’agira ensuite de l’intégrer dans la plateforme de simulation dyablo (écrite en C++ à l’aide de la bibliothèque Kokkos), qui contient un environnement AMR opérationnel basé sur des « volumes finis » et exécutable sur différentes architectures (multi-CPUs et multi-GPUs).

Afin de démontrer la pertinence de l’approche LBM-AMR en contexte HPC, des comparaisons d’écoulements monophasiques pourront être réalisées en 2D entre LBM_saclay (sans AMR) et dyablo (avec AMR). Selon l’état d’avancement du travail, plusieurs directions de travail pourront être envisagées par exemple : 1) application sur un écoulement diphasique avec changement de phase (« film boiling ») [3] ou 2) application sur un cas en 3D orienté « transferts en milieux poreux » [10] ou changement de phase solide/liquide [11].

Références

[1] LBM book, doi:10.1007/978-3-319-44649-3

[2] Kestener, Cartalade, Genty, Kokh, doi:10.13140/RG.2.2.12476.90241

[3] Verdier, P. Kestener, A. Cartalade, doi:10.1016/j.cma.2020.113266

[4] Edwards, et al, doi:10.1016/j.jpdc.2014.07.003

[5] Hsu, et al, doi:10.1016/j.compfluid.2018.01.033

[6] Rohde, et al, doi:10.1016/j.jcp.2012.03.015

[7] Lagrava, et al, doi:10.1016/j.jcp.2012.03.015

[8] Guzik, et al, doi:10.1016/j.jcp.2013.11.037

[9] Fakhari, et al, doi:10.1016/j.jcp.2016.03.058

[10] Genty, Gueddani, Dymitrowska, doi:10.1007/s11242-017-0826-z

[11] Younsi, A. Cartalade, doi:10.1016/j.jcp.2016.08.014

Contacts
alain.genty@cea.fr
pierre.kestener@cea.fr

Moyens / Méthodes / Logiciels

Mots clés : AMR, LBM, HPC, C++, Kokkos, fluides

Profil du candidat

Le profil du candidat devra remplir les critères suivants :
— Doctorat ou ingénieur ayant une expérience équivalente.
— Expérience de développement d'outil de simulation numérique basé sur des EDPs.
— Maîtrise de la programmation en C++ et de l'anglais.
— Intérêt pour les méthodes numériques et leurs applications en mécanique des fluides.

Localisation du poste

Site

Saclay

Localisation du poste

France, Ile-de-France, Essonne (91)

Ville

Saclay

Critères candidat

Langues

Anglais (Courant)

Formation recommandée

Doctorat ou équivalent