Lancé en 2023 pour une durée de 6 ans, The NumPEx PEPR a pour objectif de contribuer à la conception et au développement de méthodes numériques et de composants logiciels qui équiperont les futures machines européennes Exascale et post-Exascale. NumPEx vise également à aider les applications scientifiques et industrielles à exploiter pleinement leur potentiel.

Exa-MA vise à révolutionner les méthodes et algorithmes pour l’échelle exascale : discrétisation, résolution, apprentissage et réduction d’ordre, problème inverse, optimisation et incertitudes. Nous contribuons à la pile logicielle des futurs ordinateurs européens.

La prise en compte de physique multiples et couplées est au cœur de nombreux besoins applicatifs dans des domaines aussi variés que l’aéronautique, la défense ou la biologie. C’est également un domaine d’expertise fort pour la Direction des Energies du CEA, avec de multiples domaines tels que l’interaction fluide-structure, la neutronique couplée à la thermohydraulique et/ou à la thermomécanique ou encore la modélisation des accidents graves. L’émergence des architectures exascale ouvre la voie à de nouveaux niveaux de fidélités prometteurs pour la simulation, mais augmente également de manière significative la complexité de nombreuses applications logicielles en termes de réécriture totale ou partielle. Il encourage donc spécifiquement le couplage pour limiter le travail de développement. L’idée est de rechercher chaque physique d’intérêt dans un nombre nécessairement réduit de composants logiciels hautement optimisés, plutôt que d’effectuer des développements spécifiques, éventuellement redondants, dans des applications autonomes.
Une fois que le problème multiphysique couplé a été écrit avec les niveaux de précision et de stabilité attendus, le travail proposé se concentre sur les algorithmes de résolution pour permettre au couplage entre les applications supposées être elles-mêmes exascale-compatibles, d’être résolu efficacement à l’exascale. Il convient également de noter qu’en général, les couplages considérés peuvent présenter un niveau de complexité élevé, impliquant de nombreuses physiques avec différents niveaux de rétroaction entre elles et divers schémas de communication allant d’échanges aux frontières jusqu’à des domaines se recouvrant. Le stage post-doctoral proposé, à effectuer dans le cadre du projet collaboratif Exa-MA, est en particulier consacré à l’identification et à la mise au point dynamique des paramètres numériques pertinents découlant des algorithmes de couplage et ayant un impact sur l’efficacité de la simulation globale. Les problèmes étudiés sont principalement des problèmes qui évoluent dans le temps, avec un nombre important d’itérations temporelles. Cela permet d’utiliser les premières itérations pour recueillir des données et procéder à la mise au point.
En ce qui concerne les logiciels, la recherche doit être menée dans le cadre du couplage ICoCo/C3PO à source ouverte et peu intrusif, avec un échange de données par l’intermédiaire de la bibliothèque MEDCoupling. Pour profiter des possibilités rendues possibles par le projet Exa-MA, il est prévu de mutualiser les techniques d’autotuning avec les travaux connexes portant sur la précision adaptative et la validation dans l’environnement logiciel Promise.

Deux thèmes principaux peuvent être identifiés en termes d’efficacité de calcul spécifique aux cadres de couplage : l’équilibrage de la charge et l’ordonnancement d’une part, et les algorithmes de couplage et les transferts de données d’autre part. Le stage proposé est consacré au second sujet et vise à concevoir une stratégie pour identifier, classer et optimiser automatiquement les paramètres internes ayant un impact sur le coût des tâches de calcul du couplage. Une telle approche d’autoparamétrage est obligatoire pour fournir la polyvalence nécessaire aux outils de couplage afin de s’adapter à toute configuration multiphysique avec une connaissance a priori minimale de ses caractéristiques. Ces paramètres à régler peuvent être, sans préjuger des résultats de la recherche proposée, les critères de convergence dans les boucles entre la physique, les ordres de calcul entre la physique, ainsi qu’une éventuelle convergence à plusieurs niveaux entre les groupes de physique.
En pratique, le travail doit être basé, dans une première phase, sur des applications modèles imitant le comportement de plusieurs configurations de couplage multiphysique, en termes de coût de calcul de chaque physique et de rétroaction entre eux, afin de concevoir et de tester des stratégies d’autotuning pour la découverte automatique d’un chemin d’exécution optimal connu. La deuxième phase consistera en des tests pratiques entre des outils multiphysiques réels sur des problèmes d’intérêt bien choisis, afin de quantifier les performances et d’améliorer les stratégies conçues précédemment. La mécanique des fluides et des structures (thermique) et la neutronique sont les principales matières physiques ciblées pour les épreuves, sans exclure tout couplage supplémentaire méritant d’être étudié pendant le stage.

Les candidats doivent être titulaires d’un doctorat en informatique, en mathématiques appliquées ou dans d’autres domaines pertinents.

De bonnes compétences en programmation sont requises.