Ny model udnytter supercomputerkraft til mere nøjagtige oversvømmelsessimuleringer

Et team af forskere fra Department of Energy's Oak Ridge National Laboratory og Tennessee Technological University har skabt en 2D, open-source oversvømmelsesmodel designet til et multiarkitektur-computersystem. Todimensional Runoff Inundation Toolkit for Operational Needs, eller TRITON, kan bruge flere grafikbehandlingsenheder eller GPU'er til at modellere oversvømmelser hurtigere og mere præcist end eksisterende værktøjer.

Oversvømmelsesmodellering er en væsentlig del af beredskab og indsats. Modeller skal dog være både hurtige og nøjagtige – returnere simuleringsresultater i løbet af få minutter – for at være nyttige værktøjer til beslutningstagning og planlægning. Jo højere modellens opløsning, jo mere regnekraft kræver det at køre, så organisationer kan ty til enklere modeller, der ofrer nøjagtighed for hastighed. GPU'ernes regnekraft gør det muligt for beregninger med højopløsningsmodeller at køre hurtigere end simplere modeller, der kun bruger CPU'er.

Efterhånden som højtydende computing er vokset til et uundværligt værktøj for videnskaben, er det også blevet et krav for moderne flood-modeller for at udnytte styrken af ​​hybrid CPU + GPU-arkitekturer. TRITON, hvis udvikling blev finansieret af Air Force Numerical Weather Modeling Program, er specifikt optimeret til multiarkitekturdesign af supercomputere som IBM AC922 Summit på Oak Ridge Leadership Computing Facility.

"Det unikke ved TRITON er ikke kun, at det bruger GPU'er - det er ikke den eneste GPU-tilgængelige oversvømmelsesmodel. Men den er tilpasset til at bruge flere GPU'er samtidigt, hvilket gør den velegnet til at løse oversvømmelsesproblemer på Summit," sagde Shih-Chieh Kao, en ORNL-gruppeleder, der ledede projektet.

Holdet gennemgik modellen på Summit for at demonstrere dens konsistens, stabilitet og nogle af dens unikke egenskaber, såsom afstrømningshydrografen. Disse valgfrie data gør det muligt for TRITON at simulere oversvømmelser i oversvømmelser – det vil sige lokale oversvømmelser – ud over flodoversvømmelser. Under en flodflod svulmer et vandløb eller en flod og oversvømmer en flodslette. Ved at bruge et datasæt fra Federal Emergency Management Agency af 100-års oversvømmelseszoner som benchmark, var simuleringer, der brugte afstrømningshydrografen, mere nøjagtige end den grundlæggende hydrauliske model alene.

"For virkelig at kunne forstå oversvømmelser, er vi nødt til at forstå oversvømmelser, som omfatter, hvor dyb en flod er og tegner sig for forskellige oversvømmelser:flod- og stormflod. Konventionelle oversvømmelsesmodeller adresserer normalt kun flodoversvømmelser. TRITON kan håndtere begge dele og give mere oplysninger om oversvømmelsen," sagde Kao. "Hvis du har denne oversvømmelsesinformation, kan du overlejre den på aktiver og vurdere, hvilke der er i fare, og hvilke der ikke er."

I et andet testtilfælde simulerede holdet 2017-oversvømmelsen i Houstons storbyområde forårsaget af orkanen Harvey. Simuleringen dækkede 10 dage og var modelleret på to forskellige hardwarekonfigurationer:den ene med flere CPU'er og den anden med flere GPU'er. Resultaterne demonstrerede på en god måde fordelen ved en oversvømmelsesmodel designet til at køre på en multi-GPU-konfiguration. Selv den mindste hardwarekonfiguration – en computernode med seks GPU'er – fuldførte simuleringen hurtigere end den mest kraftfulde multi-CPU-konfiguration med 64 noder.

Som et open source-værktøjssæt er TRITON tilgængelig gratis og kan bruges på en række computerplatforme – fra bærbare og stationære til supercomputere. Medlemmer af forskerteamet udvikler løbende nye funktioner og arbejder på algoritmer til at skalere de nuværende muligheder op til et operationelt niveau.

"TRITON vil være et fundament for os at blive ved med at bygge videre på, og vi kalder det en værktøjskasse af en grund. Vi bliver ved med at bygge for at gøre det mere nyttigt - det er vores vision. Efterhånden som computerkraften stiger, og priserne falder, bør alle i sidste ende have mere adgang til at bruge disse muligheder til bedre at simulere oversvømmelser," sagde Kao. + Udforsk yderligere

Undersøgelse udforsker usikkerheder i oversvømmelsesrisikovurderinger