Říká se, že simulace jsou dnes vedle vědeckých teorií a experimentů třetím pilířem, na kterém vědecké bádání stojí. Výsledek z Matematického ústavu AV ČR, software pro paralelní řešení rozsáhlých soustav rovnic, je využitelný právě v simulacích a při virtuálním vývoji produktů. Portál transferu AV ČR, resp. jeho databáze výsledků, nabízí další unikátní vědecký výsledek.
Cílem týmu vědců bylo vyvinout novou efektivní metodu pro řešení rozsáhlých soustav rovnic pocházejících z výpočtů metodou konečných prvků (MKP). Aby se tato metoda otestovala, bylo třeba ji naprogramovat a vyzkoušet na paralelních superpočítačích. Tím, jak se software postupně rozšiřoval a podporoval nové typy úloh, vznikl škálovatelný paralelní řešič lineárních rovnic BDDCML. Metoda konečných prvků je užívána např. pro stanovení kritického (nejnamáhanějšího) místa konstrukce. Poměrně novým, ale stále častějším požadavkem na simulační software je tzv. škálovatelnost, neboli schopnost využít tisíce jader počítačů dnes pro tyto simulace běžně dostupných. Škálovatelný řešič soustav lineárních rovnic hraje v takovém softwaru důležitou úlohu.
„Počítačové simulace mají místo někde mezi teorií a experimentem. Výpočetní výkon narůstá, zlepšují se a zpřesňují jednotlivé matematické modely. Díky tomu se otevírají cesty k výzkumu, kde by experimenty nebyly možné nebo extrémně drahé. Může jít třeba o modelování kolizí černých děr, simulace explozí i přetížení mostu,“ říká vedoucího řešitelského týmu Jakub Šístek.
Spojení výhod
Ale zpět k tématu. Softwarová knihovna BDDCML poskytuje vysoce efektivní implementaci víceúrovňové metody rozkladu oblasti BDDC. Její hlavní výhodou je vylepšená škálovatelnost řešiče díky využití více úrovní. Oproti multigridu (algoritmus pro řešení diferenciálních rovnic pomocí hierarchie diskretizací) využívá řídké přímé řešiče na malých úlohách jednotlivých podoblastí, čímž získává jejich dobrou efektivitu při vytěžování moderních vícejádrových procesorů. Spojuje tak výhody oblíbených přímých metod pro malé úlohy a algoritmů škálovatelných na desítky tisíc výpočetních jader. Knihovna je distribuována pod licencí GNU Lesser General Public License v3.
Simulace rychleji
Dostupnost stále rychlejších a výkonnějších počítačů umožňuje neustálé zpřesňování a zdokonalování simulací při virtuálním vývoji produktů, např. v oblastech namáhání konstrukcí či aerodynamiky (budov, turbín, nebo dopravních prostředků).
Řešič je koncovými zákazníky využitelný pro náročné paralelní technické simulace při virtuálním vývoji produktů např. ve strojírenství nebo stavebnictví. Mimo jiné urychlí pevnostní a aerodynamické simulace a samozřejmostí je i optimalizace pro moderní hardware.
Otázky pro vedoucího řešitelského týmu Jakuba Šístka
Matematici řeší praktické problémy teoretickou cestou – jak se daří uplatňovat teorie v praxi?
V oblasti matematiky, kterou se zabýváme, to funguje asi následovně. Vznikne nějaká nová metoda, která se zdá výhodná pro nějakou třídu úloh. Pak je ideální provést teoretickou analýzu této metody, což může být přímočaré, ale může to být také běh na dlouhou trať. Je to nicméně důležité, protože to dává vhled do toho, proč metoda funguje a kde můžeme čekat její limity.
Pro využití teorie v praxi pak vidím jednoznačnou potřebu umět komunikovat třeba i složité výsledky jednoduše tak, aby bylo rychle zřejmé, co jsou hlavní myšlenky metody a její výhody. Prostřednictvím lidí, kteří tuto dovednost mají, pak i některé složité matematické výsledky rychle nacházejí uplatnění v praxi.
Proč jste se pustili do řešení tohoto úkolu? Byla to práce na zakázku, nebo smluvní výzkum?
Šlo o práci na vědeckém projektu u prof. Mandela v Denveru v roce 2007. Vyvíjeli novou metodu, která měla být vhodná pro opravdu rozsáhlé výpočty na hodně paralelních počítačích. Na papíře vypadala dobře, nové nápady kolega implementoval do testovacího neparalelního programu. Já jsem pak již odladěné nápady programoval paralelně tak, aby bylo možné přínosy té metody skutečně vyhodnotit. Dokud takový test nemáte, nemůžete si být jisti, že všechno bude fungovat tak, jak si myslíte. Tak jsme získali základ softwaru, na kterém jsme pak dále mohli stavět.
Jak rozvíjíte vztahy s podnikatelskou sférou? Podílíte se na transferu tohoto výsledku?
Software je využíván některými simulačními balíky z akademického prostředí. Pokusy o spolupráci s podnikatelskou sférou děláme prostřednictvím návrhů společných projektů, které ale doposud nezískaly podporu. Knihovna je veřejně dostupná, takže tu a tam se ozve nějaký uživatel ze světa s nějakým problémem, který s ní má. Zda se ale zároveň jedná o firemní použití, nevíme.
Zdroj: Akademie věd ČR
Tento článek vyšel v rámci seriálu Věda do praxe vznikajícího ve spolupráci s Centrem transferu technologií AV ČR a spolkem Transfera.cz, který je partnerem rubriky Transfer a spolupráce portálu Vědavýzkum.cz.Transfera.cz je jednotná funkční platforma hájící zájmy transferové komunity v ČR s cílem pracovat na posílení činností v oblasti transferu technologií a jejich rozvoji.
Transfer technologií je zjednodušeně přenos myšlenky, poznatku či vynálezu do praxe. Jde o dlouhou cestu, během které je nutné zajistit dostatečné financování, právní ochranu i správné komerční nasměrování původního nápadu. Bez profesionálního transferu technologií se komerčního úspěchu prakticky žádný vynález nedočká. I tak v praxi v Česku uspěje přibližně každý desátý projekt. Ročně zajišťuje transfer technologií české vědě prostředky v řádech miliard korun.
CETTAV (Centrum transferu technologií AV ČR) je specializované oddělení Střediska společných činností AV ČR. Poskytuje konzultace a služby všem pracovištím AV ČR v oblasti uplatňování výsledků výzkumu v praxi. Pomáhá vědeckým týmům s konkrétními případy komercializace výsledků, analýzou potenciálu praktického uplatnění, strategií ochrany duševního vlastnictví i smluvním zajištěním spoluprací s aplikačním sektorem. CETTAV vytvořil a stará se o obsah Portálu transferu AV ČR.
- Autor článku: ne
- Zdroj: Akademie věd ČR
