Presentasjon lastes. Vennligst vent

Presentasjon lastes. Vennligst vent

Aktuell forskning v/Ifi; Teknisk programvare Numerisk simulering - hva er det?Numerisk simulering - hva er det? Programvare for simulering; utfordringerProgramvare.

Liknende presentasjoner


Presentasjon om: "Aktuell forskning v/Ifi; Teknisk programvare Numerisk simulering - hva er det?Numerisk simulering - hva er det? Programvare for simulering; utfordringerProgramvare."— Utskrift av presentasjonen:

1 Aktuell forskning v/Ifi; Teknisk programvare Numerisk simulering - hva er det?Numerisk simulering - hva er det? Programvare for simulering; utfordringerProgramvare for simulering; utfordringer Teknisk programvare v/IfiTeknisk programvare v/Ifi Hva slags jobb kan man få?Hva slags jobb kan man få? StudieveierStudieveier

2 Hva er simulering? Fysiske prosesser i naturen eller tekniske innretningerFysiske prosesser i naturen eller tekniske innretninger Matematiske modeller (særlig partielle differensiallikninger)Matematiske modeller (særlig partielle differensiallikninger) Numeriske metoder, programmeringNumeriske metoder, programmering Datamaskin-eksperimenterDatamaskin-eksperimenter Visualisering og data-analyseVisualisering og data-analyse

3 Processes Computations DATASET UNSTRUCTURED_GRID POINTS 201 float CELLS Results Mathematical Model The Simulation Pipeline The Simulation Pipeline Prediction & Control Refinement

4 Hvorfor simulere? Lavere kostnader enn fysiske eksperimenter i feltenLavere kostnader enn fysiske eksperimenter i felten Fysiske eksperimenter kan være farlige, dyre eller umuligeFysiske eksperimenter kan være farlige, dyre eller umulige Gir bedre innsikt og forståelseGir bedre innsikt og forståelse Gir bedre muligheter for prediksjon, kontroll og optimal designGir bedre muligheter for prediksjon, kontroll og optimal design

5 Store teknologiske utfordringer “Grand Challenges”“Grand Challenges” strømningsberegninger (vær, fly, bil,...) strømningsberegninger (vær, fly, bil,...) simulering av miljøet (jord, hav, atmosfære) simulering av miljøet (jord, hav, atmosfære) økosystem simulering økosystem simulering biomekanikk & medisin biomekanikk & medisin molekylærbiologi molekylærbiologi molekyl-design og -konstruksjon molekyl-design og -konstruksjon Simulering er et helt sentralt verktøy!Simulering er et helt sentralt verktøy!

6 New Understanding of Life Processes Simulation is important in the exploration of life processes, ranging from studies of DNA to investigations of blood circulation and inner organs like the heart, brain and lungs.

7 DNA and Drug Design Better insight in the structure of DNA leads to better understanding and control of life processes. For instance, this can lead to new and improved drugs, like a vaccine for the flu!

8 Heartbeats and Flowing Blood Millions of people suffer from atherosclerosis. Fatty blockages of the arteries gradually obstruct blood flow and ultimately causes the heart to stop beating. This remains one of the leading causes of heart attacks around the world. Simulation of blood and other complex fluid flows may lead to changes in accepted surgical practices that will dramatically extend the life expectancy of those suffering from arterial diseases like atherosclerosis. Attempts are made to develop arterial grafting techniques that will reduce atherosclerosis build up. Various graft designs can be tested through accurate simulations of the blood flow.

9 Electrical Activity in Heart Simulation of the electrical activity in the human heart based on a model coupling several PDEs and ODEs. The visualised electrical potential represents a period of 250 ms. This problem is extremely demanding in terms of computational resources and requires advanced solution methods and fast hardware.

10 Have You Quit Smoking? Computational fluid dynamics (CFD) techniques used in the design of cars, airplanes and aerospace vehicles have been converted to use in the complex branching geometry of the lung's small airways. Results from 3-D lung airflow modeling, depicting flow velocity at selected cross-sections in a single bifurcation.

11 Earth & Environment To better understand the evolution of the Earth and the processes making up our environment, simulation is an indispensable tool.

12 What’s the Weather Like Today?

13 Warm Winters and Cold Summers The sea level is roughly four inches higher than it was 100 years ago, and it goes up one to three millimeters a year. Do the rising levels reflect climate change associated with alarms about global warming, as many scientists believe? Or, as others argue, are they part of normal fluctuations in weather cycles that will even out over time? Either way, should we be worried? What are the potential effects for coastal population centers? The need for answers runs smack up against the vast uncertainties inherent in a system as complex as Earth's climate. The best tool - the only tool - we have for assimilating the multitude of variables and trying to make rational predictions is computer modeling, and it's not yet good enough. Each frame in this animation of the surface temperature of the Gulf Stream represents a seven day period.

14 Travels With Buzz Lightyear: - To Infinity and Beyond The understanding of the Universe, let alone man’s journey into Space would have been impossible without simulations.

15 Evolution and Structure of the Universe This is a simulation of a comet fragment one kilometer in diameter plunging into Jupiter's atmosphere at 134,000 miles per hour. The animation shows a five- second time period, one frame every seconds. Color indicates density, with initial density of the comet core (red) corresponding to solid ice. Pressure rapidly builds in front of the comet from the aerodynamic force of impact with the atmosphere, flattening the sphere and ripping it apart within seconds.

16 Star Trek, Space Shuttles and Global Communications January 28, 1986: Flight 51-L, the Challenger space shuttle exploded. The 7 crew members died. Professor Richard Feynman of CalTech, Nobel prize winner and world-known eccentric, joined reluctantly the Rogers Commision investigating the Challenger accident. During his personal search for the cause, he learned that NASA officials estimated the chance of failure of the shuttle to be about 1 in 100,000. Feynman found that this number was actually closer to 1 in 100. He proved by experiment that rubber components used to seal the solid rocket booster joints failed to expand when the temperature was at or below 0 degrees C. This caused a leakage that heated the fuel tank and caused the explosion. See

17 Manufacturing Processes Today, almost any industrial branch use simulation as a tool for evaluating, predicting and optimising the manufacturing processes. This is mainly due to better cost effectiveness and reduced risks.

18 Key to Norwegian Wealth: Oil & Gas Mongstad Refinery Six rock cavern stores, total capacity of 9.4 million barrels Handles crude oil carriers up to 380,000 deadweight tons It serves as the terminal for: Troll Oil Pipeline I, 250,000 barrels per day Troll Oil Pipeline II (Q3 1999), 150,000 barrels per day Heidrun transshipment, about 240,000 barrels per day

19 Aerospace and Automotive Industries Saab crash simulations

20 Silicon - What Makes the Information Society Tick... Silicon makes up 27 percent of the Earth’s crust, and provides the raw material for nearly all elelctronic chips, from VCRs to the Space Shuttle. The Alpha microprocessor, the core silicon "chip" used in the CRAY T3D, can do 150 million calculations a second. The never-ending struggle for faster circuitry, smaller, more perfect chips, relies heavily on simulation of the physical processes involved in the manufacturing of microelectronic chips.

21 The Third Paradigm of Science “Simulation has become recognized as the third paradigm of science, the first two being experimentation and theory.” “High Performance Computing and Communications: Foundation for America's Information Future” (Supplement to the President’s FY 1996 Budget)

22 Ufordring i simulering: Programvare Simulering krever maskinvare, metoder og programvareSimulering krever maskinvare, metoder og programvare Siden 1950 harSiden 1950 har datamaskinene blitt 1,000,000 ganger raskere. datamaskinene blitt 1,000,000 ganger raskere. algoritmene blitt 1,000,000 ganger raskere. algoritmene blitt 1,000,000 ganger raskere. Flaskehalsen pr. i dag er høykvalitets- programvareFlaskehalsen pr. i dag er høykvalitets- programvare

23 Hvorfor er programvareutvikling en flaskehals? Programvareutvikling er ofte den mest ressurskrevende delen av simuleringsprosjekterProgramvareutvikling er ofte den mest ressurskrevende delen av simuleringsprosjekter Store, kompliserte programsystemerStore, kompliserte programsystemer Ekstreme krav til effektivitetEkstreme krav til effektivitet Stor algoritmisk kompleksitetStor algoritmisk kompleksitet Metoder for numerisk programvareutvikling er (tradisjonelt) primitiveMetoder for numerisk programvareutvikling er (tradisjonelt) primitive

24 Teknisk programvare v/Ifi Aktivitet: utvikling av moderne metoder og programvare for simuleringAktivitet: utvikling av moderne metoder og programvare for simulering Spesielt forskningsfokus motSpesielt forskningsfokus mot objekt-orientert numerisk programvare (i C++) objekt-orientert numerisk programvare (i C++) metoder for parallelle beregninger metoder for parallelle beregninger medisinske anvendelser medisinske anvendelser

25 Computing in Parallel Forskere og ingeniører vil alltid fylle de raskeste og største datamaskinene med:Forskere og ingeniører vil alltid fylle de raskeste og største datamaskinene med: mer kompliserte matematiske modeller mer kompliserte matematiske modeller finere oppløsning (grid) for bedre nøyaktighet finere oppløsning (grid) for bedre nøyaktighet Split et problem i delproblemer og løs hvert delproblem i parallell (krever parallelle datamaskiner)Split et problem i delproblemer og løs hvert delproblem i parallell (krever parallelle datamaskiner) Computing in Parallel

26 Ingredienser i et typisk prosjekt

27 Studieveier TPV studieretning: informatikk hovedfagTPV studieretning: informatikk hovedfag programmering og/eller matematikk/fysikk programmering og/eller matematikk/fysikk Profesjonsstudiet i informatikkProfesjonsstudiet i informatikk egen studieretning med krav til programmering og/eller matematikk/fysikk egen studieretning med krav til programmering og/eller matematikk/fysikk Nytt studium: Simulering og anvendt matematikk (SAM)Nytt studium: Simulering og anvendt matematikk (SAM) matematikk, statistikk, programmering, fysikk matematikk, statistikk, programmering, fysikk

28 Jobbmarkedet Stort og økende underskudd på kandidater som forstår matematikken, fysikken og programvare for simuleringStort og økende underskudd på kandidater som forstår matematikken, fysikken og programvare for simulering konsulentfirmaer innen ulike ingeniørdisipliner (bygg, maskin, marin teknologi) konsulentfirmaer innen ulike ingeniørdisipliner (bygg, maskin, marin teknologi) forskningsinstitutter (SINTEF, IFE, …) forskningsinstitutter (SINTEF, IFE, …) industri (Veritas, Kværner, Aker, ABB, …) industri (Veritas, Kværner, Aker, ABB, …) undervisnings-sektoren undervisnings-sektoren

29 Hva slags kurs skal jeg velge? Svingninger i jobbmarkedet er som regel raskere enn utdanningens lengde…Svingninger i jobbmarkedet er som regel raskere enn utdanningens lengde… Ikke velg det “alle andre” velger!Ikke velg det “alle andre” velger! Velg noe som er krevende og lær det godtVelg noe som er krevende og lær det godt gir mer unik/etterspurt kompetanseprofil gir mer unik/etterspurt kompetanseprofil TPVs profil: markedsrettet kombinasjon av tradisjonelt krevende (matematiske) emner og mer “mainstream” ITTPVs profil: markedsrettet kombinasjon av tradisjonelt krevende (matematiske) emner og mer “mainstream” IT

30 Kjerneteknologier Objekt-orientert programmeringObjekt-orientert programmering C++, Fortran, JavaC++, Fortran, Java Scripting og GUI-bygging: Perl, PythonScripting og GUI-bygging: Perl, Python Element- og differansemetoderElement- og differansemetoder Matematiske modeller for strømning, varmetransport og materialdeformasjonMatematiske modeller for strømning, varmetransport og materialdeformasjon

31 Mål: klinisk operativ programvare basert på ultralydundersøkelserMål: klinisk operativ programvare basert på ultralydundersøkelser Modell: lydbølger gjennom kroppenModell: lydbølger gjennom kroppen Eget C++ program for å simulere lydbølgenes forplantningEget C++ program for å simulere lydbølgenes forplantning Visualisering og data/bilde-analyse via kommersielle programsystemerVisualisering og data/bilde-analyse via kommersielle programsystemer Python script for å starte/stoppe simulering, endre kroppsdata, visualisere osv.Python script for å starte/stoppe simulering, endre kroppsdata, visualisere osv. Computational Steering

32

33 Relationship between electrocardiogram and different anomaliesRelationship between electrocardiogram and different anomalies More accurate diagnosisMore accurate diagnosis Coupled system of ordinary and partial different eqs.Coupled system of ordinary and partial different eqs. High resolution >10 8 pointsHigh resolution >10 8 points

34 The Diffpack Philosophy Structural mechanics Porous media flow Aero- dynamics Incompressible flow Other PDE applications Water waves Stochastic PDEs Heat transfer Field Grid Matrix Vector I/O Ax=b FEM FDM

35 Medicine Mechanical Engineering Energy Diffpack - Selected Markets Aerospace Automobile Environment Oil & Gas Games Telecom Shipbuilding Finance

36 Diffpack - Selected Customers Diffpack - Selected Customers Value Adding Resellers  Geologica  Kappa Engineering SA  Calcom SA  Cadmit, Inc. Universities  Stanford University  Yamanashi University  Yokohama National University  Warsaw University of Technology  Norrland University Hospital  ETH Zurich  Korea University  Vanderbilt University Value Adding Resellers  Geologica  Kappa Engineering SA  Calcom SA  Cadmit, Inc. Universities  Stanford University  Yamanashi University  Yokohama National University  Warsaw University of Technology  Norrland University Hospital  ETH Zurich  Korea University  Vanderbilt University Commercial  Intel  Petrobras  Shell  DaimlerChrysler  Caisse Centrale des Banques Popular  Commissariat a l'Energie Atomique  Simrad Optronics  St. Gobain Industrial Ceramics Research Institutions  Istituto Superiore di Sanita  SINTEF Research Foundation, Norway  Lawrence Livermore Nat. Lab  Institut Francais du Petrol  Veritas Commercial  Intel  Petrobras  Shell  DaimlerChrysler  Caisse Centrale des Banques Popular  Commissariat a l'Energie Atomique  Simrad Optronics  St. Gobain Industrial Ceramics Research Institutions  Istituto Superiore di Sanita  SINTEF Research Foundation, Norway  Lawrence Livermore Nat. Lab  Institut Francais du Petrol  Veritas

37 Some Projects 1.Simulation of electrical activity in human heart 2.Simulation of the flow in the human heart 3.Numerical methods for option pricing 4.Software for numerical solution of PDE’s: Diffpack 5.Scientific computing using a Linux-cluster: Diplopodus 6.Finite element modelling of ultrasound wave propagation 7.Multi-physics models by domain decomposition methods 8.Scripting techniques for scientific computing 9.Numerical modelling of reactive fluid flow in porous media

38 Staff Knut Andreas Lie (SINTEF) Kent Andre Mardal Åsmund Ødegård Bjørn Fredrik Nielsen (NR) Joakim Sundnes Wen Chen Xing Cai Øyvind Hjelle (SINTEF) Ola Skavhaug Aicha Bounaim Hans Petter Langtangen Are Magnus Bruaset (NO) Linda Ingebrigtsen Glenn Terje Lines Aslak Tveito Part-time Ph.D. Students Post Docs Faculty

39 Oppsummering Simulering: bruke datamaskin-modeller til å studere virkelighetenSimulering: bruke datamaskin-modeller til å studere virkeligheten Anvendelser i industri, økonomi, medisin…Anvendelser i industri, økonomi, medisin… Simulering = fysikk/matematikk + programmering/ITSimulering = fysikk/matematikk + programmering/IT Teknisk programvare v/Ifi har fokus på hvordan lage programvare for simuleringTeknisk programvare v/Ifi har fokus på hvordan lage programvare for simulering Stort kandidatbehovStort kandidatbehov


Laste ned ppt "Aktuell forskning v/Ifi; Teknisk programvare Numerisk simulering - hva er det?Numerisk simulering - hva er det? Programvare for simulering; utfordringerProgramvare."

Liknende presentasjoner


Annonser fra Google