Ordenadoreak simulazioen zerbitzuan

Ereduak egitea, zera da: fenomeno errealen portaera adierazpen teoriko edo matematiko gisa errepresentatzea. Adierazpen honen ebazpenak, errealitateko portaera naturala simulatzen du.

Sumulazio numerikoak askotan, esperimentu fisikoak baino egokiagoak dira ideiak frogatzeko eta ez da ahaztu behar superordenadoreek arazo konplexuak ebazteko ahalmen itzela dutela.

Beraz, ordenadoreak simulaziotan erabiltzeko oso egokiak dira, baina batez ere ondoko kasu hauetan:

• Eredu bat egitea oso garestia denean.
• Saiakuntzako denbora erreala oztopo denean (eguraldiaren iragarpena egiterakoan adibidez).
• Dimentsio handiko fenomenoak ikertzeko (itsaspeko petrolio-hobiak etab.).
• Neurgailuak ipintzea zaila denean (eztanda-motoreko pistoiaren ikerketan esaterako).

Mazda etxeak ordenadorez simulatzen du automobilaren portaera dinamikoa.

Ahalmen handiko ordenadorea garestia da, noski. Hogei milioi dolar balio dezake, baina ikerlariek beren arazoak fluidoen dinamika ordenadore bidez (F.D.O.) ebazten dituztenean, erreminta errentagarria da. FDOk, fluidoen (gas nahiz likidoen) portaera simulatzen du, fluidoen higiduraren oinarrizko ekuazioak numerikoki ebatziz.

Fluidoen portaeran dauden prozesu fisikoak, oso eskala edo maila txikian gertatzen dira. Horregatik FDOk fluidoen eremua milaka zelula konputagarri txikitan zatitzen du eta zelula bakoitzeko ekuazioak ebazten ditu. Zelula-kopurua erabakitzerakoan, faktore desberdinak hartzen dira kontutan: ikertzen den fenomenoa, fenomenoak duen geometriaren konplexutasuna, beharrezko doitasuna, ordenadorearen memoriaren ahalmena, kalkuluak ebazteko abiadura, etab.

Fenomeno naturala zehazki deskribatzeko, hiru dimentsioko simulazioa behar da, non portaera fisikoaren ekintza hiru norantza espazialetan aurrikusten den. Horrek zera esan nahi du: ordenadoreko memoria nagusiak oso handia izan behar duela eta kalkuluak egiteko denbora ere luzea izaten dela.

Bi dimentsioko simulazioa, ez da hain konplexua eta azkarrago egin daiteke. Horregatik lehen hurbilketa gisa askotan egiten da. Baina geometria konplexuko kalkulu zehatzak egin nahi direnean, ordenadore erraldoiak bakarrik dira simulazioko kalkuluak abiadura onargarriz egiteko gauza. Automobil, itsasuntzi eta hegazkingintzan adibidez, diseinatzerakoan fluidoen portaera konplexua aztertzeko erabiltzen dira. Hainbat enpresatan ( Jaguar ek Britainia Haundian, Mazda k Japonian eta General Motors ek EEBBetan adibidez) teknika hauek erabiltzen ari dira beren ibilgailuen ezaugarri aerodinamikoak ikertzeko. Simulazio-ikerketa hauen bidez, zera lortu nahi da: erregaiaren errendimendua igotzea, translazio-abiadura handitan egonkortasuna hobetzea, segurtasuna eta estetika zaintzea, etab.

Lehen diseinatzaileek ibilgailuen aerodinamika eta egonkortasuna haizezko tuneletan kalkulatzen zuten. Horretarako ordea, denbora asko behar da eta sistema garestia da instalazio handiak behar direlako. FDO softwarea duen superordenadoreak aitzitik, planteamendu hori bazter dezake.

Superordenadoreen bitartez, diseinatzaileek berebiziko laguntza dute hegazkinen aerodinamika simulatzerakoan. F-16A gerra-hegazkin honetan adibidez, hegetako aire-zurrunbiloak ikus daitezke.

Automobilaren aerodinamika simulatzea, oso zaila da. Izan ere ibilgailuaren geometria konplexua da batetik eta aire-zurrunbilo hirudimentsionalak ere bai bestetik. Ikertzaileek gainera, fluidoen edozein simulaziotan zoluaren eragina kontutan hartu behar dute eta hori esperimentalki ikertzea oso zaila da.

Superordenadorez egindako kalkuluen arabera, emaitzek honako hau iradokitzen dute: diseinatzaileek airearen erresistentzia murriz dezaketela ibilgailuaren azpiko aire-korrontea hobetuz. Zolua higitzeak ibilgailuaren egonkortasunari eragiten diola ere adierazi zuten. Ikerlariek beren simulazioak milioika zelula dituzten sareak erabiliz, hiru dimentsiotan fluidoen portaera simula dezakete, eta horrela bakarrik lor ditzakete airearekiko erresistentzia eta egonkortasunari buruzko datu zehatzak.

FDOren aplikazio industrial ohizkoena, ikerketa aerodinamikoa da. Azken belaunaldiko superordenadoreen bidez, ikerlariek gaur egun hegazkinen fuselaia osoan fluido biskosoak simula ditzakete.

Ordenadore hauen bidezko simulaziotan kostua oso kontutan hartzeko arazoa da. Hala ere batzuetan ez da faktore bakarra. Izan ere zenbait fenomeno oso denbora-eskala luzean burutzen da, eta denbora hori ordenadorezko simulazioz laburtzen ez bada, ikerlariak ez du inolako irtenbiderik.

Atmosferako prozesu dinamikoak simulatzerakoan (eguraldiaren iragarpena egiterakoan adibidez), honako faktore hauek eduki behar izaten dira kontutan: termodinamika, hezetasuna, jarraitasuna, hidrostatika, etab. Ikertzaileek milaka gelatxotan zatikatzen dute aztertu nahi duten espazio-zatia eta gelatxo horiek sare horizontal nahiz geruza bertikaletan zabaltzen dira.

Gaur eguneko superordenadoreen ahalmenak, ehun kilometro luzeko eta kilometro bat altuko gelatxo karratuak hamabost minutuero tratatzea ahalbidetzen du. Eguraldiaren prozesu fisiko hauek eremu mugatutan eskala txikiagoan ere azter daitezke, azpiereduak oinarri harturik.

Eguraldiaren simulazio numerikoan, bi helburu desberdin egon daitezke:

• Epe laburrerako iragarpenak egitea
• Epe luzerako iragarpenak egitea

Meteorologoak giza iharduerak kliman duen eragina ikertzeko klima-moduluak erabiltzen hasiak dira: euri azidoa, haize nuklearra, negutegi efektuak, etab. Fenomeno hauen simulazioa egiteko, superordenadoreek denbora asko behar dute, nahiz eta ahalmen handikoak izan.

Petrolio- eta gas-erreserben ustiapenerako ere oso egokia da ordenadore bidezko simulazioa. Kasurik sinpleenetan, erreserbek iragazkortasun konstantezko geruza desberdin dexente dituzte. Beste batzuetan, ezaugarriak bloke batetik bestera aldatu egiten dira. Prozedura normala, gasa, ura edo ura eta detergentea erreserbara presioz injektatzea izaten da, petrolioa erraz aska dadin. Guzti hori, ordenadorez ordu gutxi batzuetan simula daiteke.

Industria eta teknikaren munduan gero eta aplikazio gehiago aurkitzen dizkiote ordenadore bidezko simulazioari. Eta ez da harritzekoa. Izan ere ordenadoreek jasandako aurrerapenak ondoko koadroan ikustea besterik ez dago.