Cento e quarenta turbinas no Mar do Norte, e algumas GPUs no cloud, permitiram que o sonho de David Standingford e Jamil Appa voasse alto.
Como colegas de uma empresa aeroespacial britânica, eles tinham a mesma visão de começar uma empresa para aplicar sua experiência em computação de alto desempenho em muitos setores.
Eles formaram a Zenotech e codificaram o que aprenderam sobre dinâmica de fluidos computacionais em um programa chamado zCFD. Além disso, construíram uma ferramenta, a EPIC, que simplificava a execução do programa e outras tarefas de HPC no hardware mais atual em clouds públicos.
Porém, obter visibilidade além de sua casa em Bristol, no Reino Unido, foi um desafio, devido à falta de grandes conjuntos de dados abertos para mostrar o que suas ferramentas poderiam fazer.
Coletando Dados de um Parque Eólico
O problema deles se encaixava com um no setor de energia eólica.
Conforme subsídios governamentais para parques eólicos diminuíam, os investidores começaram a exigir uma análise mais profunda do provável retorno sobre o investimento de um projeto, algo que as ferramentas tradicionais não ofereciam. Um projeto do governo britânico uniu a Zenotech a empresas de consultoria em energia renovável e SSE, uma grande concessionária britânica disposta a compartilhar dados do seu parque eólico no Mar do Norte, um dos maiores do mundo.
Usando o zCFD, a Zenotech simulou a provável saída de energia das 140 turbinas do parque. O programa levou em conta dezenas de velocidades e direções de vento. Além disso, foram incluídos, na parte da frente e atrás de uma turbina, fenômenos importantes que antes não eram monitorados, como os efeitos combinados que as turbinas tinham umas sobre as outras.
“Esses efeitos chamados de “esteira” e “bloqueio” em torno de um parque eólico podem até afetar as correntes atmosféricas”, disse Standingford, Diretor e Cofundador da Zenotech.
O programa também pode monitorar efeitos de terreno pequenos, mas que afetam o vento, como quando árvores em uma floresta próxima perdem suas folhas.
A SSE validou que a simulação final teve apenas 2% de margem de erro em relação aos dados medidos do serviço, dando ao zCFD uma referência estelar.
Acelerado no Cloud
Para fechar com chave de ouro, a Zenotech mostrou que as GPUs no cloud geravam resultados rápidos e econômicos.
Por exemplo, o programa foi executado 43 vezes mais rápido em GPUs NVIDIA A100 Tensor Core do que em CPUs, a um quarto dos custos das CPUs, informou a empresa em uma recente sessão do GTC (pode ser assistida sob demanda). As bibliotecas da NVIDIA NCCL que aceleram as comunicações entre sistemas de GPU impulsionar ainda mais os resultados em até 15%.
A Zenotech comparou o zCFD em GPUs NVIDIA (verde no gráfico à esquerda) e CPUs (azul), bem como clusters de GPUs com e sem bibliotecas NCCL (gráfico à direita).
Como resultado, o trabalho que levou mais de cinco horas nas CPUs foi executado em menos de 50 minutos nas GPUs. A capacidade de analisar efeitos de vento sutis em detalhes e concluir um relatório em um dia “chamou a atenção das pessoas”, disse Standingford.
“As ferramentas e a potência computacional para realizar simulações de alta fidelidade de projetos eólicos agora estão acessíveis para o setor em geral”, concluiu em um relatório sobre o projeto.
Reduzindo o Carbono, Diminuindo as Mudanças Climáticas
A energia eólica está entre os maiores e mais econômicos contribuintes para a redução das emissões de carbono, observa Farah Hariri, Líder Técnica da equipe que ajuda os clientes da NVIDIA a gerenciar suas transições para emissões líquidas zero.
“Ao modelar as interações de esteira e os efeitos de bloqueio, o zCFD ajuda os parques eólicos a extrair a energia máxima com os custos mínimos de instalação”, disse ela.
Esse tipo de análise rápida e detalhada reduz o risco para os investidores, tornando os parques eólicos mais atraentes economicamente do que as fontes de energia tradicionais, disse Richard Whiting, Sócio da Everose, uma das consultoras que trabalhou no projeto com a Zenotech.
Whiting estima que mais de 2.100 gigawatts de parques eólicos possam estar em operação em todo o mundo até 2030, até 3 vezes mais em relação a 2020. É uma oportunidade em crescimento em muitos níveis.
“No futuro, esperamos que os projetos usem matrizes maiores de turbinas maiores para que o desafio de modelagem só fique maior”, acrescentou.
Menos Mudanças Climáticas, Mais Negócios
Ajudar projetos renováveis a sair do papel também colocou ajuda a Zenotech.
Desde a análise da SSE, a empresa ajudou a projetar parques eólicos ou turbinas em pelo menos 10 outros projetos na Europa e na Ásia. Metade dos negócios da Zenotech está fora do Reino Unido.
À medida que a empresa se expande, também está revisitando suas raízes no setor aeroespacial, levantando as perspectivas de novos tipos de negócios para drones e táxis aéreos.
Uma Oportunidade Paralela
O Aeroporto de Cardiff, por exemplo, está apoiando testes em tempo real em que empresas emergentes usam o zCFD em GPUs no cloud para prever mudanças de vento em ambientes urbanos e mapear rotas seguras e eficientes.
“É uma maneira inovadora de usar o espaço aéreo gerenciado de hoje para planejar futuros serviços, como táxis aéreos e inspeções automatizadas de aeroportos”, disse Standingford.
“Estamos vendo muita inovação em plataformas de aeronaves pequenas e estamos trabalhando com os principais fabricantes de plataformas e principais locais do Reino Unido.”
É mais uma forma de a empresa seguir de vento em popa.