Ett team av forskare från Department of Energy's Oak Ridge National Laboratory och Tennessee Technological University har skapat en 2D-översvämningsmodell med öppen källkod designad för ett multiarkitekturberäkningssystem. Den tvådimensionella Runoff Inundation Toolkit for Operational Needs, eller TRITON, kan använda flera grafikprocessorer, eller GPU:er, för att modellera översvämning snabbare och mer exakt än befintliga verktyg.

Översvämningsmodellering är en väsentlig del av krisberedskap och räddningsinsatser. Modeller måste dock vara både snabba och exakta – återlämna simuleringsresultat på några minuter – för att vara användbara verktyg för beslutsfattande och planering. Ju högre modellens upplösning, desto mer beräkningskraft krävs för att köra, så organisationer kan ta till enklare modeller som offra noggrannhet för hastighet. Beräkningskraften hos GPU:er gör att beräkningar av högupplösta modeller kan köras snabbare än enklare modeller som bara använder processorer.

Eftersom högpresterande datoranvändning har vuxit till ett oumbärligt verktyg för vetenskapen, har det också blivit ett krav för moderna översvämningsmodeller för att utnyttja styrkan hos hybrid CPU + GPU-arkitekturer. TRITON, vars utveckling finansierades av Air Force Numerical Weather Modeling Program, är specifikt optimerad för multiarkitekturdesign av superdatorer som IBM AC922 Summit vid Oak Ridge Leadership Computing Facility.

"Det unika med TRITON är inte bara att den använder GPU:er – det är inte den enda GPU-tillgängliga översvämningsmodellen. Men den är anpassad för att använda flera GPU:er samtidigt, vilket gör den lämplig för att lösa översvämningsproblem på Summit", säger Shih-Chieh Kao, en ORNL-gruppledare som ledde projektet.

Teamet testade modellen på Summit för att demonstrera dess konsistens, stabilitet och några av dess unika egenskaper, såsom avrinningshydrografen. Dessa valfria data gör det möjligt för TRITON att simulera översvämningar i pluvial - det vill säga lokala översvämningar - förutom flodöversvämningar. Under en flodflod sväller en bäck eller flod och översvämmar en flodslätt. Med hjälp av en datauppsättning från Federal Emergency Management Agency med 100-åriga översvämningszoner som riktmärke, var simuleringar som använde avrinningshydrografin mer exakta än enbart den grundläggande hydrauliska modellen.

"För att verkligen förstå översvämningspåverkan måste vi förstå översvämningar, vilket inkluderar hur djup en flod är och står för olika översvämningshändelser:flod- och översvämningar. Konventionella översvämningsmodeller tar vanligtvis bara upp flodöversvämningar. TRITON kan hantera båda och ge mer information om översvämningspåverkan", säger Kao. "Om du har denna översvämningsinformation kan du lägga den på tillgångar och utvärdera vilka som är i riskzonen och vilka som inte är det."

I ett annat testfall simulerade teamet 2017 års översvämning i Houstons storstadsområde orsakad av orkanen Harvey. Simuleringen omfattade 10 dagar och modellerades på två olika hårdvarukonfigurationer:en med flera processorer och den andra med flera GPU:er. Resultaten visade väl fördelen med en översvämningsmodell utformad för att köras på en multi-GPU-konfiguration. Även den minsta hårdvarukonfigurationen – en datornod med sex GPU:er – slutförde simuleringen snabbare än den mest kraftfulla multi-CPU-konfigurationen med 64 noder.

Som ett verktyg med öppen källkod är TRITON tillgänglig gratis och kan användas på en rad datorplattformar – från bärbara datorer och stationära datorer till superdatorer. Medlemmar i forskargruppen utvecklar kontinuerligt nya funktioner och arbetar med algoritmer för att skala upp den nuvarande kapaciteten till en operativ nivå.

"TRITON kommer att vara en grund för oss att fortsätta bygga på, och vi kallar det en verktygslåda av en anledning. Vi fortsätter att bygga för att göra den mer användbar - det är vår vision. När datorkraften ökar och priserna sjunker, borde alla så småningom ha mer tillgång till att använda dessa funktioner för att bättre simulera översvämningar, säger Kao. + Utforska vidare

Studien undersöker osäkerheter i uppskattningar av översvämningsrisker