Weersvoorspellingen vergen een enorme rekenkracht. Niet alleen moeten er hele grote modellen doorgerekend worden, maar dat moet ook nog eens binnen een hele korte tijd gebeuren. Bovendien worden de modellen een aantal keer doorgerekend met net iets andere invoer om iets te kunnen zeggen over de waarschijnlijkheid van de voorspelling.

Een van de belangrijkste rekencentra voor weersverwachtingen in Europa is het  European Centre for Medium-range Weather Forecasts, kortweg ECMWF. Tot 1978 waren de computers nog niet snel genoeg om het toenmalige voorspellingsmodel snel genoeg te draaien: er waren 12 dagen nodig voor een 10-daagse voorspelling.  Met de komst van de eerste supercomputer bij ECMWF, een Cray 1A in 1979, kon de rekentijd met een factor 50 teruggebracht worden tot zo'n 6 uur. Daarmee werden 10-daagse weersvoorspellingen ook daadwerkelijk mogelijk.

De Cray 1-A gebruikte nog maar een enkele, voor die dagen heel snelle processor. Op dit moment gebruikt ECMWF een systeem met ongeveer 9.000 processoren. Dit systeem is 400.000 keer sneller dan het systeem uit 1979. De modellen van toen zouden nu dus binnen een fractie van een seconde kunnen worden doorgerekend. Bovendien zijn ook de rekenmethoden zijn een stuk efficienter geworden, waardoor het model van toen sowieso al veel sneller doorgerekend zou kunnen worden.

Toch vergen de weermodellen ook tegenwoordig nog het uiterste van de hardware. Dat komt doordat de modellen veel nauwkeuriger geworden zijn. Daarnaast vergen ook nieuwe modelleringstechnieken veel rekenkracht, zoals het verwerken van meetgegevens in de voorspellingen. Zo blijft er altijd behoefte aan meer rekenkracht.

Klik hier voor een interessant overzicht over de supercomputers van ECMWF.

Rekenmodellen spelen een belangrijke rol in de hoogwaterbescherming in Nederland. Al aan het begin van de twintigste eeuw werd een rekenmodel gebruikt voor beslissingen rondom het aanleggen van de afsluitdijk. Met de start van de Deltawerken in de jaren vijftig en het beschikbaar komen van de eerste computers nam de ontwikkeling van modellen een hoge vlucht. Daaruit ontstond uiteindelijk het model TRIWAQ: een rekenmodel dat de relatief ondiepe wateren binnen Nederland en vlak voor de kust in drie dimensies uitstekend kan simuleren.

Begin jaren negentig werd de rekentijd van TRIWAQ steeds meer als een bezwaar gezien. Er ontstond een sterke behoefte aan een veel snellere versie van het model. Twee jonge promovendi van de TU-Delft ontwikkelden een parallelle versie ervan en lieten zien dat die op allerlei parallelle machines uitstekend functioneerde. Op een systeem met 64 processoren werd de berekening meer dan zestig keer sneller uitgevoerd. Wat eerst een uur rekentijd vergde, kostte toen nog maar een minuut.

Gesterkt door hun succes richtten de twee Delftse promovendi VORtech op. Dat bedrijf heeft vervolgens een belangrijke rol mogen spelen in het operationeel maken van de parallelle versie van TRIWAQ. Door een aantal slimme keuzes in de opzet van de parallelle versie konden ook latere uitbreidingen van TRIWAQ steeds goed geparallelliseerd worden.

Bovendien liet de aanpak zich uitbreiden naar domein-decompositie, waardoor de parallel doorgerekende deelgebieden ook een verschillende mate van detail konden hebben. Daarmee kon een hoge resolutie bereikt worden op bepaalde plekken in het model zonder dat direct het hele model een hoge resolutie hoeft te hebben. Daarmee wordt opnieuw de benodigde rekentijd sterk teruggebracht.

In de afgelopen tien jaar is TRIWAQ zeer intensief gebruikt op parallelle systemen. Dat waren vooral clusters van Linux PC's, maar ook diverse supercomputers. De enorme kennis die VORtech hiermee opgebouwd heeft, wordt dankbaar ingezet voor haar andere klanten.

Klik hier voor een (weliwaar wat gedateerde) uitgebreide beschrijving van parallel TRIWAQ.

Bij het ontwerpen van vliegtuigen wordt op grote schaal gebruik gemaakt van rekenmodellen. In feite zouden hedendaagse vliegtuigen nauwelijks denkbaar zijn zonder computerberekeningen. Bij Airbus in Engeland zijn zo'n 10.000 verschillende software applicaties in gebruik . Die toepassingen overdekken alle aspecten van het ontwerp van een vliegtuig, zoals de aerodynamica, de constructie, de besturingssystemen en het geproduceerde geluid.

De computerprogramma's zijn deels in de plaats gekomen van fysieke testen in windtunnels. Zelf bij het gebruik van dure computersystemen en dure programmatuur leveren computersimulaties enorme voordelen op. Zo kan er bijvoorbeeld veel beter geoptimaliseerd worden: het doen van een extra computersimulatie is een stuk eenvoudiger dan het bouwen en testen van een extra schaalmodel.

Voorwaarde daarbij is wel dat de berekeningen snel genoeg gebeuren. Airbus gebruikt daarvoor een hele reeks aan zeer krachtige, meestal parallelle computers (van ondermeer HP, Cray, Fujitsu, Hitachi, IBM, NEC, SGI, and Sun). De rekenkracht die Airbus nodig heeft is het afgelopen decennium elk jaar verdubbeld. Vandaar dat Airbus een actieve participant was in het PRACE programma (Partnership for Advanced Computing in Europe) waarin gewerkt wordt aan een Europese infrastructuur voor zeer grootschalige berekeningen.

Een interessante beschrijving van de systemen van Airbus (door HP) is hier te vinden.

In de biomedische sector wordt dankbaar gebruik gemaakt van high performance computing. Het beschikbaar komen van zeer krachtige computers heeft geleid tot een ware revolutie in het vakgebied.

Een belangrijke toepassing is het verwerken van grote hoeveelheden gegevens. Dit speelde bijvoorbeeld een rol bij het combineren van DNA-fragmenten tot een compleet menselijk genoom (het Human Genome Project). Mede door het gebruik van krachtige computers kan het complete genoom van allerlei organismen nu relatief snel in kaart gebracht worden.

Naast het verwerken van grote hoeveelheden data, worden krachtige computers ook ingezet om simulaties uit te voeren van heel complexe systemen. Bij de installatie van de Roadrunner, de eerste supercomputer die meer dan een Petaflop (10^15 berekeningen per seconde) haalde, werd een grootschalige simulatie gedaan van een deel van de menselijke hersenen: de visuele cortex. Er werden meer dan een miljoen neuronen en miljarden synapsen gesimuleerd. Daarmee werd aangetoond dat de hele menselijke visuele cortex in real-time gesimuleerd zou kunnen worden. Dat maakt onderzoek mogelijk dat met de echte visuele cortex niet uitvoerbaar is. Zie dit artikel voor een beschrijving van deze en andere toepassingen.

VORtech is betrokken geweest bij een hele andere toepassing: het ontwerpen van apparatuur voor medische echografie. Voor een goed ontwerp van de zender/ontvanger is een gedetailleerde simulatie nodig van de manier waarop het ultrageluid in het weefsel reflecteert. In feite moet het detailnivo van de simulatie gelijk zijn aan de golflengte van het ultrageluid. Om een realistisch geval door te rekenen zijn dus al snel duizenden punten nodig in elke dimensie. Dat vergt hele krachtige computers, zowel qua rekenkracht als qua geheugenruimte. Zie dit artikel voor een verdere beschrijving van dit werk.