Assembler et ventiler le PC pour les calculs CFD

Karim Segond est un ingénieur conseil en freelance spécialisé dans les calculs de Computational Flow Dynamics avec Simcenter FloEFD. La CFD est la branche de la mécanique qui résout les équations régissant l'écoulement en utilisant la puissance de calcul. Les vitesses, les températures et les pression sont calculés. La capacité de calcul est la plus grande limitation au progrès de la CFD. Karim Segond change de PC tous les trois ans et préfère l'assembler lui-même pour sélectionner les meilleurs composants pour de meilleures performances et moins de bruit.

La loi de Moore est terminée

Gordon Moore faisait il y a 50 ans le constat que « le nombre de transistors dans un circuit intégré double tous les deux ans environ ». sa prédiction est valable depuis 1975 et est depuis devenue connue sous le nom de « loi ». Je me souviens que c'était une règle d'or dans les années 90 pour l'industrie électronique et les utilisateurs de PC. La taille des transistors a déjà été tellement miniaturisée que d'autres lois de la physique s'appliquent ; la loi de Moore est terminée.
En plus d'augmenter la fréquence du processeur, la capacité de calcul est augmentée en construisant des processeurs avec un nombre de cores plus élevé. La capacité de calcul en parallèle du solveur CFD consiste à décomposer le grand domaine en sous-domaines plus petits, qui seront exécutés sur différents cores. La génération du modèle CAO et le pré-processing ne peuvent s'exécuter que sur un seul core, les opérations telles que l'importation et la conversion d'un modèle CAO complexe peuvent prendre entre une demi-heure et deux heures. L'augmentation du nombre de cores entraîne une augmentation de la consommation d'énergie et des pertes de chaleur. Un calcul en parallèle a été lancé sur tous les cores d'un intel i9-14900k avec Simcenter FloEFD pour 74 Go de RAM nécessaires, la puissance mesurée au niveau de la prise n'était que de 461 Watt soit 17 centimes d'euro par heure. Nous n'avons pas à nous soucier de la facture d'électricité. Les ventilateurs ne doivent pas tourner à plein régime tout le temps car ils sont bruyants ; le BIOS permet de régler la vitesse des ventilateurs en fonction de la température du processeur. Quiconque souhaite construire son PC haut de gamme doit être conscient des défis thermiques. Les composants, le boîtier, le ventilateur et le refroidisseur doivent être soigneusement sélectionnés et assemblés afin de maintenir la température du processeur en dessous de 100°C à, lors de calculs avec tous les cores à vitesse maximale par une chaude journée d'été.

Calculs sur PC, workstation ou cloud-computing

Pour les différentes phases de la CFD, je préfère les processeurs standards, également utilisés pour les jeux, comme Intel i7 et i9 ou Ryzen 7 et 9 car ils offrent de bonnes performances pour un seul core ainsi que pour les applications multi cores. La perte de valeur est faible car les PC d'occasion récents sont recherchés.
Les workstations basées sur Intel Xeon sont nettement plus chères : elles ont jusqu'à 64 core (128 threads), mais une fréquence CPU inférieure. Elles sont principalement utilisés dans les centres de calcul et accessibles via le cloud computing.

Comparaison entre le PC gaming et le PC pour CFD

Un joueur préférera peut-être acheter un PC d'occasion, car les processeurs d’il y’a 2 à 3 ans sont suffisamment rapides pour les jeux les plus récents. Les ingénieurs pour les applications CFD achèteront toujours de nouveaux PC dotés des composants les plus chers, car ils ont beaucoup plus d'argent à dépenser. Une augmentation de 20 à 30 % de la puissance du PC signifie pour la CFD un temps de calcul de 20 à 30 % plus court.
Les manuels d'utilisation du matériel sont généralement basiques, donc chacun cherchera des conseils sur Internet et sur YouTube. Les instructions sur le matériau d'interface thermique entre le CPU et le radiatieur sont de bonne qualità. En revanche, les vidéos sur la ventilation étaient insuffisantes. Tout PC présenté était équipé d'une carte graphique coûteuse et à pertes élevées pour les jeux informatiques ; les cartes graphiques recommandées pour la CAO et le CFD sont plus petites et ont de faibles pertes.

Positioner les ventilateurs

Les ventilateurs du boîtier doivent être placés à l'avant ou à l'arrière et pousser l'air frais dans le PC. Les refroidisseurs d'eau doivent être montés en haut avec leurs ventilateurs qui extraient l'air du PC. L’air chauffé est moins dense que l’air froid et il s’élèvera naturellement et se mélangera à l’air ambiant. Le fabricant de refroidisseurs d'eau recommande de monter les ventilateurs placés sous le refroidisseur; cependant les fabricants de ventilateurs recommandent d'avoir une distance importante, notamment du côté pression qui n'est ici pas assurée. L'objectif était de placer les ventilateurs au-dessus des refroidisseurs. Le nouveau PC a été modélisé et les calculs de ventilation avec Simcenter FloEFD ont confirmé la meilleure conception.
Le PC a été monté une fois avec les ventilateurs au-dessus et une fois avec les ventilateurs au-dessous du refroidisseur. La carte mère mesure la température du CPU, elle était légèrement inférieure avec les ventilateurs au dessus. Le débit n'a pas été mesuré car cela nécessite un dispositif de mesure du débit avec un capot au-dessus du boîtier.