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Production scientifique
Doctorat de

Doctorat
Equipe : Systèmes Parallèles

Solving Incompressible Navier-Stokes Equations on Heterogeneous Parallel Architectures

Début le 03/10/2011
Direction : BABOULIN, Marc
[LE MAITRE Olivier]

Ecole doctorale : ED STIC 580
Etablissement d'inscription : Université Paris-Sud

Lieu de déroulement : LRI

Soutenue le 09/04/2015 devant le jury composé de :
Directeurs de thèse
M. Marc Baboulin, Professeur, Université Paris-Sud
M. Olivier Le Maître, Directeur de Recherche, LIMSI/CNRS
Rapporteurs
Mme. Fabienne Jézéquel, Maître de Conférences, LIP6
Mme. Masha Sosonkina, Professeur, Old Dominion University, USA
Examinateurs
M. Abdel Lisser, Professeur, Université Paris-Sud
M. Michel Kern, Chargé de Recherche, INRIA
Membre invité
M. Yann Fraigneau, Ingénieur de Recherche, LIMSI/CNRS

Activités de recherche :

Résumé :
Dans cette thèse, nous présentons notre travail de recherche dans le domaine du calcul haute performance en mécanique des fluides. Avec la demande croissante de simulations à haute résolution, il est devenu important de développer des solveurs numériques pouvant tirer parti des architectures récentes comprenant des processeurs multi-cœurs et des accélérateurs. Nous nous proposons dans cette thèse de développer un solveur efficace pour la résolution sur architectures hétérogènes CPU/GPU des équations de Navier-Stokes (NS) relatives aux écoulements 3D de fluides incompressibles.
Tout d’abord nous présentons un aperçu de la mécanique des fluides avec les équations de NS pour fluides incompressibles et nous présentons les méthodes numériques existantes. Nous décrivons ensuite le modèle mathématique, et la méthode numérique choisie qui repose sur une technique de prédiction-projection incrémentale.
Nous obtenons une distribution équilibrée de la charge de calcul en utilisant une méthode de décomposition de domaines. Une parallélisation à deux niveaux combinée avec de la vectorisation SIMD est utilisée dans notre implémentation pour exploiter au mieux les capacités des machines multi-cœurs. Des expérimentations numériques sur différentes architectures parallèles montrent que notre solveur NS obtient des performances satisfaisantes et un bon passage à l’échelle.
Pour améliorer encore la performance de notre solveur NS, nous intégrons le calcul sur GPU pour accélérer les tâches les plus coûteuses en temps de calcul. Le solveur qui en résulte peut être configuré et exécuté sur diverses architectures hétérogènes en spécifiant le nombre de processus MPI, de threads, et de GPUs.
Nous incluons également dans ce manuscrit des résultats de simulations numériques pour des benchmarks conçus à partir de cas tests physiques réels. Les résultats obtenus par notre solveur sont comparés avec des résultats de référence. Notre solveur a vocation à être intégré dans une future bibliothèque de mécanique des fluides pour le calcul sur architectures parallèles CPU/GPU.