Quel matériel pour faire tourner les modèles hydrauliques ?

Les besoins en puissance de calcul augmentent constamment

Même si la loi de Moore sur l'évolution des capacités de calcul semble encore d'actualité et garantisse une augmentation de la puissance des processeurs pour quelques temps encore, les besoins en puissance de calcul, eux, évoluent plutôt par sauts, en fonction des évolutions des techniques et des capacités des logiciels.

Avec la généralisation des options de calcul 2D dans la majorité des logiciels de modélisation en hydraulique fluviale et urbaine utilisables en production, et la disponibilité de données haute définition (MNT tels que le RGE ALTI® de l'IGN® de l'IGN, qui permettent de décrire la topographie selon une grille de cellules de 1m de coté), le recours aux méthodes de calcul 2D semble devenir incontournable, et fait grimper les besoins en terme de puissance de calcul.

Dans les sessions de formation que j'anime, la question de la configuration matérielle ressort souvent :

• quel PC pour faire tourner le logiciel X de modélisation en hydraulique ?
• pour quel budget ?
• quelles stratégies pour faire tourner les XX scénarios attendus par le client, dans les délais typiquement réduits d'une étude hydraulique ?
• mon modèle met la vie des rats à tourner, surtout depuis que j'ai intégré un maillage 2D, comment accélerer tout ça ?
• etc...

D'autant qu'une fois les modèles construits, leur exploitation demande des ressources importantes, à mobiliser dans des délais contraints, pour faire tourner les différents scénarios prévus dans les marchés (X scénarios hydrologiques, à simuler en situation actuelle et sur plusieurs itérations de projets, analyses de sensibilités, scénarios de changement climatique, etc...).

On s'aperçoit qu'au delà d'une utilisation ponctuelle des logiciels de modélisation, il convient d'avoir une vraie stratégie dans le choix du matériel et des logiciels.

Tout est question d'optimisation

Le choix du logiciel a bien sûr une influence, certains outils étant plus optimisés que d'autres pour prendre en charge des calculs lourds.

Il est indispensable ensuite de bien connaître le logiciel qu'on souhaite utiliser et d'adapter son matériel en conséquence :

• HEC RAS par exemple est optimisé pour le calcul parallèle sur processeur, même s'il semble plafonner dès lors qu'on dépasse un certain nombre de coeurs. Il s'agit de trouver un bon compromis entre un processeur multicoeur qui permet un calcul parallèle efficace (a priori 6 à 8 coeurs serait optimal, au delà la puissance supplémentaire serait en partie perdue lors des tâches de répartition des travaux entre les coeurs) et qui présente une fréquence élevée, idéalement supérieure à 4GHz, la fréquence de calcul restant un paramètre clef dans la vitesse d'exécution du processeur.
• a contrario, un logiciel comme ICM est plutôt optimisé sur sa partie 2D pour tirer partie des calculs sur carte graphique (calculs dits GPU), avec la technologie NVidia CUDA. Dans ce cas, l'utilisation d'une carte NVidia récente accélérera de manière drastique les simulations (x10 dans certains cas, entre une simulation sans et avec carte graphique, pour un calcul intégrant du 2D).

La capacité de calcul brute de l'ordinateur n'est pas le seul élément à optimiser, il faut éliminer l'ensemble des goulots d'étranglement de la machine :

• la mémoire vive (RAM) doit être suffisante pour que le PC puisse traiter les volumes importants de données à mettre en mémoire cache (MNT, maillages, résultats etc...).
• les débits des disques durs doivent également être optimisés, peu d'intérêt en effet à disposer d'une grosse capacité de calcul si c'est l'écriture des résultats sur le disque qui est le point de blocage.
• il faut également prévoir des espaces de stockage importants dans le cas de simulations 2D, les résultats pouvant être volumineux. Une bonne combinaison classique consiste en un disque SSD pour le stockage des résultats produits "à chaud" complété de disques classiques de plusieurs To pour le stockage des résultats sur le long terme.

Enfin, l'optimisation de l'espace de travail coté modélisateur est importante également : HEC RAS et ses multiples fenêtres justifie l'utilisation de plusieurs écrans (2 voire 3), et une souris ergonomique peut réduire les risques de TMS et améliorer largement le confort de travail.

Tout ceci représente un coût

Les besoins en capacité de calcul peuvent être très irréguliers, surtout pour des bureaux d'études travaillant sur de nombreuses thématiques, et qui font de la modélisation ponctuellement. 

Dans ce cas, l'acquisition de machines de calcul coûteuses peut représenter un investissement trop important, à la fois à l'achat et pour le maintien de ces capacités de calcul.

La même problématique se pose pour le choix d'un logiciel de calcul :

• est il intéressant d'investir dans un logiciel payant/propriétaire pour un besoin ponctuel ? 
• à contrario est il rentable et techniquement efficient (voire possible ?) de baser toutes ses modélisations sur un logiciel gratuit, seulement parcequ'il est gratuit, alors que pour certains besoins un logiciel payant serait mieux adapté ?
• quels sont les coûts masqués et les coûts sur le long terme ? : formation, maintien de la compétence, etc... Ces coûts peuvent varier dans de grandes proportion entre certains outils gratuits mais dont la maitrise est difficile, et des outils propriétaires et payants, plus optimisés pour le travail en production mais qui représenteront une charge supplémentaire chaque année, puisque la plupart intègrent une part annuelle pour avoir accès au support et aux mises à jour.

L'externalisation de ces ressources peut représenter une option intéressante dans l'optique d'optimiser les coûts de production des étude et rester compétitif. 

Parmi les avantages de cette approche, que nous proposons :

• La possibilité d'exploiter différents logiciels, gratuits ou payants, pour apporter la réponse technique et technologique la plus adaptée aux caractéristiques et contraintes d'un marché.
• Un regard exterieur sur les modèles, doublé d'une expertise technique, qui peuvent permettre de renforcer l'assurance qualité des études.
• Le bénéfice d'une veille technologique constante sans les investissements en temps que cela implique.
• L'accès à des moyens informatiques de calcul puissants, facturés au plus juste en fonction des besoins.

N'hesitez pas à nous contacter pour en discuter.