Het watersysteem van Nederland doorrekenen op hyper-resolutie

22 maart 2018

Tygron is een Nederlands software bedrijf, opgericht in 2005. Tygron biedt een cloud-based platform dat gebruikers in staat stelt om eigen Dynamische 3D-modellen te genereren op basis van GEO data en rekenmodellen. De software is snel, interactief en visueel en daarom zeer geschikt om stakeholders (ook niet-experts) direct te betrekken bij afwegingen. Meerdere gemeenten, provincies en waterschappen ondersteunen hun gebiedsprocessen met Tygron software. Tygron werkt ook samen met consultants.

 

 

Tygron heeft onlangs een simulatie van een watermodel uitgevoerd op 1 miljard rekencellen. Ter illustratie; met 1 miljard cellen kun je een gebied van 30km x 30km onderverdelen in rekencellen van 1m x 1m. Het gebruik van veelgebruikte discretisatie-technieken in watermodellen, unstructured grids en subgrids, is hierbij niet nodig. Dit is een prima basis voor het doorrekenen van regionale watersystemen met de Tygron Engine. Dit is een integraal instrument, geschikt om op hoge resolutie én hoge snelheid watervraagstukken in combinatie met andere thema’s (energie, verkeer, luchtkwaliteit, etc.) inzichtelijk te maken. Tygron bedient een diverse groep gebruikers, binnen en buiten de watersector. Al deze gebruikers hebben iets gemeen; de behoefte aan berekeningen op hoge snelheid en hoge resolutie.

Met dit artikel worden een tweetal vragen belicht:

  1. Hoe werkt het rekenen op videokaarten?
  2. Waarom werkt dit niet met modelcodes van bestaande watermodellen?

Hoe werkt rekenen op videokaarten?
De snelste computers in Nederland en de wereld rekenen tegenwoordig op videokaarten (GPUs) en verpulveren oude snelheidsrecords. Rekenkracht beschikbaar maken via GPUs is een vakmanschap uitgevoerd door informatica-experts. Er komt veel kennis van hardware en software bij kijken.

Het beschikbaar maken van GPU-rekenkracht als service voor modelberekeningen kent grofweg de volgende stappen:

  1. Keuze van de juiste GPU. Binnen het topsegment GPU’s wordt de GPU gekozen die de beste performance (rekenkracht) levert voor de minste euro’s.
  2. GPUs clusteren. GPU’s worden naast elkaar geplaatst in ‘clusters’. Hierbij komt veel kennis van hardware kijken: centrale processors (CPUs), geheugen, glasvezel, maar bijvoorbeeld ook de koeling van servers en serverruimtes.
  3. Clusters aansturen. Custom-made software is nodig om de enorme hoeveelheid data binnen de GPU-clusters af te handelen en zo de rekenkracht van de GPUs optimaal te benutten
  4. Berekeningen uitvoeren. Als laatste stap worden data en modellen aangesloten. Hieronder valt ook de keuze voor het numerieke schema van een model; de methode waarmee een set vergelijkingen wordt opgelost. De keuzes gemaakt in numerieke schema’s hangen weer samen met stap 1 t/m 3 hierboven beschreven.

Bij Tygron worden GPU-clusters letterlijk vanaf de grond af aan en eigenhandig opgebouwd. Het resultaat is een stabiele, snelle rekenservice voor gebruikers.

Waarom werkt dit niet met modelcodes van bestaande watermodellen?
Numerieke schema’s van bestaande modelcodes zijn niet geschreven voor het doorrekenen op GPUs. Het valt dus ook niet te verwachten dat, bijvoorbeeld, een Modflow grondwater-berekening sneller uitgevoerd kan worden op GPUs. Dit geldt niet specifiek voor Modflow, maar voor vrijwel alle bestaande modelcodes gebruikt door de Nederlandse watersector.

Doorrekenen van heel Nederland op 1m X 1m binnen handbereik
Sinds 2017 zijn er 25 miljoen rekencellen beschikbaar voor elke project opgebouwd binnen de Tygron Engine. Begin 2019 is het doel het veertigvoudige door te kunnen rekenen; 1 miljard. Trek deze lijn door en in 2020 is 90 miljard cellen prima haalbaar. Daarmee kan een gebied ter grootte van 300km X 300km, groter dan Nederland, onderverdeeld worden in rekencellen van 1m X 1m. En; de hele wereld kan met 90 miljard cellen weer onderverdeeld worden in rekencellen van +/- 125m x 125m….

Website Tygron

Comments are closed.