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Forum TERATEC 2019
Mercredi 12 juin - Ateliers techniques

Atelier 1 - de 09h00 à 12h30
Jumeaux Numériques : du « concept » à la mise en œuvre industrielle
Présidé par Laurent ANNE, DISTENE

Le Réacteur Numérique chez EDF : perspectives et nouveaux défis

Par Salli MOUSTAFA, Computer scientist, Senior consultant HPC/HPDA, ANEO et Matthieu GUILLO, Project Coordinator, EDF

EDF a une longue tradition de la simulation numérique pour les réacteurs nucléaires producteurs d’électricité. Non seulement elle développe en interne ses propres codes de calculs pour toutes les physique d’intérêt (thermique, hydraulique, mécanique, neutronique…), mais elle possède  également des ressources  informatiques de tout premier plan; son dernier cluster en production, GAIA, a ainsi été classé 97ème au TOP 500 de novembre 2018. Cela lui a permis de créer et d’utiliser depuis de nombreuses années des versions numériques du réacteur nucléaire, adaptées à de la formation des opérateurs, des études de conception, des études de sûreté, ainsi qu’à de l’analyse de phénomènes physiques difficilement accessibles à la mesure. Historiquement la puissance de calcul étant limitée, et tous les cas d’usage cités ne requérant pas le même degré de précision, EDF dispose de plusieurs niveaux de modélisation (plusieurs types de simulations) adaptés aux cas d’application et qui sont bien cloisonnés.

Cela permet d’envisager aujourd’hui de ne plus parler des simulations, mais de la simulation du réacteur nucléaire ; c’est le concept du Réacteur Numérique, « jumeau » numérique du réacteur nucléaire producteur d’électricité. Il s’agit ainsi de décloisonner les différents niveaux de la simulation en permettant notamment que même les simulations les moins exigeantes  puissent bénéficier des avantages des codes et modèles avancés.

L’approche : Un consortium mené par EDF et formé d’acteurs clé du secteur du nucléaire ainsi que de PME innovantes et d’institution académique a commencé à travailler sur ce projet d’une durée de 4 ans.

Les challenges : 15 verrous scientifiques à lever ainsi que 7 standards d’interopérabilité à mettre en place ont été identifiés.

Position du HPC : Dans ce projet, le calcul Haute Performances se manifeste sous plusieurs aspects :

• La prise en compte des 2 niveaux de parallélisation : vectorisation, et parallélisation en mémoire partagée est un impératif pour les codes récents, pour tenir compte de l’évolution du hardware. Le 3ème niveau de modélisation, la parallélisation en mémoire distribuée, impacte tous les codes (à minima 11), anciens comme récents pour les besoins d’études paramétriques (plusieurs millions de calculs pour une étude).

• Le couplage des codes massivement parallèles (calculs multi-physiques), indispensable pour modéliser finement les physiques mises en jeu, nécessite d’investiguer les algorithmes de couplages, ainsi que les structures informatiques d’échanges de données afin d’éviter les goulots d’étranglement (workflow à repenser).

• Dans un tel environnement massivement parallèle, il est impératif de repenser les codes pour qu’ils tiennent compte des pannes du matériel qui sont inévitables.

• L’utilisation, l’échange et l’archivage des données produites par ces codes se mesurant en centaines de giga, voire de téraoctets pour une simulation seule, il est nécessaire de bien penser les modèles de données pour avoir des simulations performantes

• Finalement, un réacteur numérique étant complexe, il est nécessaire de de maitriser de façon automatique la traçabilité ainsi que la cohérence des données échangées enter codes, d’autant plus que ces données sont volumineuse

Biographie  : Salli Moustafa - Après ses études de mathématiques appliquées à l'Ecole Centrale Paris (P2012), Salli a effectué une thèse de doctorat en informatique chez EDF en partenariat avec l'INRIA. Aucours de cette thèse, il travaille sur la problématique de simulation du transport de neutrons dans les coeurs des réacteurs nucléaires. Ces simulations, pouvant impliquer jusqu'à 1000 milliards d'inconnues, sont très consommatrices de ressources de calcul. Salli a donc étudié et mis en oeuvre une méthode de parallélisation hiérarchique tirant parti de tous les niveaux de parallélisme disponibles sur un super-calculateur moderne. Il arrive chez ANEO en 2016 au sein du département Advanced Computing Technologies et intervient chez nos clients sur des sujets autour du développement d'applications hautement performantes. Il a notamment travaillé chez Nielsen sur des problématiques d'analyse de données massives dans l'écosystème Hadoop. Il est actuellement en mission au CACIB pour la migration, vers le scheduler de tâches IBM Symphony, d'une application de calcul de prix d’options financières. Il participe également à l'audit d'une application de calcul de risques actuarielles chez AXA, en vue de son optimisation. Au sein du cabinet, il est formateur sur le volet HPC (comment développer et optimiser une application). En plus de son activité de consulting, il dispense des cours de programmation parallèle à l’UPMC. Son expérience en calcul distribué lui a conduit à concevoir SeWaS (https://github.com/aneoconsulting/SeWaS), un code de calcul open-source permettant de simuler la propagation d'une onde sismique. Ce code implémente les approches de programmation innovantes (Task-based model; C++14; Expression Templates; Vectorisation) et adaptées pour les plateformes de calculs modernes (x86; ARM; Power; GPU). Les études de performances ont montré que ce code  se compare favorablement avec des codes similaires.

Biographie : Matthieu Guillo, Docteur en physique des particules élémentaires de l’Université de Caroline du Sud, il a commencé sa carrière en 2002 au CEA , à la  Direction de l’Énergie Nucléaire. Ses travaux concernaient la mise au point de schémas de calculs pour le groupe AREVA. Il est ensuite parti rejoindre le groupe EDF en 2007 pour développer le nouveau code de neutronique COCAGNE (architecture logicielle et implémentation de nouveaux modèles mathématiques). De 2012 à 2017 il est correspondant opérationnel au sein de l’Institut Tripartie CEA-EDF-FRA sur plusieurs projets de développement de codes  de neutronique, d’expériences en support à la qualification des codes, et enfin des données nucléaires pour alimenter les codes. Depuis 2017 il travaille sur la mise au point du projet Réacteur Numérique.

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