太空船要花上十個月的時間，才能從地球飛到火星，但要是最後六分鐘出了差錯，這趟飛行便功虧一簣。
在這短短六分鐘內，太空船得從最初時速 1.2 萬英里的下降速度，減速到接近零的速度，如此一來才能平穩著陸。這個過程非常複雜，登陸艇只有一次機會可以正確完成。
NASA 蘭利研究中心大氣飛行與進入系統部門研究員 Ashley Korzun 說：「你不能中途放棄著陸這件事，一旦開始，你就得降落到地面上。」
NASA 在規畫其首度載人登陸火星任務的過程中，用上了 NVIDIA GPU 提供的高解析度複雜物理模擬畫面。
NVIDIA 創辦人暨執行長黃仁勳在於丹佛舉行的 2019年超級運算大會（SC19）主題演講活動中，播放一支運用 NVIDIA IndeX 立體資料視覺化軟體製作的演示內容，讓觀眾們驚呼不已，透過華麗的視覺畫面顯示登陸艇在衝向火星表面時，它四周的速度場。
Korzun 表示過去從未製作出如此細膩又具高回應性的模擬內容。「以前就算使用比較小的資料集，也無法即時調整解決方案。能夠利用我們收集到的最高解析度資料集做到這一點，確實是開創性的壯舉。」
SC19 大會的與會者可以在 NVIDIA 的展位（編號#901），親自體驗這項在 NVIDIA DGX-2 系統上運行的互動式火星著陸艇視覺化內容。底層資料集是一個由四面體、棱柱及三角錐組成的六十億個單元非結構化網格，是全球最大型的互動式立體資料視覺化內容。
研究團隊使用橡樹嶺國家實驗室中那套全球最快、搭載 NVIDIA GPU 的 Summit 系統，以處理模擬內容背後的那堆資料。
登陸火星
NASA 已經完成載人登陸月球及將探測車送上火星的任務，把人送上火星一事還要再等上十多年才會完成。在2030年代執行這項任務之前，還有待解決一件難題，那便是如何將沉重的登陸艇安全地降落在火星地表上。
過去的火星著陸艇重達一噸左右，這使得 NASA 可以靠著空氣阻力和降落傘，讓飛行器安全穿過大氣層並到達火星表面。
NASA 蘭利研究中心資深研究科學家 Eric Nielsen 表示：「一想到載人上火星所需要用到的飛行器尺寸，這種模式便完全不可行。」
載人太空船至少有幾十噸重，是 NASA 火星探測車「好奇號」重量的十倍。好奇號的重量約與一輛小型汽車相當，是 NASA 最重的登陸車。火星的大氣層會在登陸艇撞擊表面時吸收大部分的動能，但仍達不到進行軟著陸所需的速度。
在 Summit 超級電腦上進行模擬
NASA 的科學家與工程師與來自老道明大學及 NVIDIA 的同事合作，模擬使用反推進技術的解決方案。在以超音速飛行的情況下，以與火星表面的相反方向點燃著陸器引擎，將產生向上的推力，這麼一來便能減緩沉重飛行器的下降速度。這時候會用到複雜的流體動力學，從距離飛行器幾公分遠的微小紊亂渦流到幾米遠的較大氣流。
這正是 NASA 會使用高解析度模擬畫面來規畫如何在不同的著陸條件下，控制飛行器速度和方向的原因。Nielsen 表示每次的模擬作業都會產生超過 100TB 的輸出資料。NASA 會進行上萬次的模擬，以測試飛行器在降落到火星表面時可能遇到的各種情況。
「要是我們在容量環境中使用傳統運算平台來進行這些研究，一次模擬要花上六個月的時間。。」NASA 蘭利研究中心研究電腦科學家 Aaron Walde，日前在 GTC DC 大會的一場演講中如此表示（GTC DC 大會為 NVIDIA 在華盛頓特區舉辦的 GPU 技術大會）。「我們如果在 Summit 超級電腦上進行這項模擬作業，只要用到約一周的時間，而且可以同時執行六項模擬作業。」
研究團隊利用3,312具 NVIDIA V100 Tensor Core GPU 的處理能力，便能使用 NASA 的 FUN3D 計算流體動力學軟體，同時執行六項模擬作業。在 Summit 超級電腦上進行模擬，也讓研究團隊能夠加入較舊項目更高的解析度、運行大規模的問題，同時仍能取得較過去更豐富的物理資訊。
「這麼做在學習週期方面是劃時代的創舉。」Nielsen 說。
以視覺方式呈現最後一英里的問題
每個 FUN3D 模擬內容皆顯示出著陸器下降軌跡上的特定時間點。在 Summit 超級電腦上執行過這些模擬內容後，每一個都能被渲染成一個視覺化內容，以顯示密度、渦度和速度等流體動力學變數。
在使用 NVIDIA IndeX 3D 立體資料視覺化 SDK 的情況下，可以首次從 FUN3D 資料中產生出動態模擬內容，每個模擬內容約有 128TB 這麼大（相當於一千多部 4K 畫質電影）。如此複雜的渲染作業是在 NVIDIA DGX-2 系統叢集上運行，使用 GPUDirect Storage 技術與高頻寬網路來傳輸資料。
使用者能夠即時透過互動方式改變視角或是放大縮小視覺化畫面，以檢查火箭引擎噴嘴出口及前方數十公尺處的情況。
Korzun 說：「能夠以這種方式操作解決方案，使得我們能夠從另一個層面去設計太空船，尤其是在這麼一個協同作業的環境裡。」
更深入掌握飛行器使用反推進裝置飛行時四周的力場環境，可以讓團隊在設計火星著陸器的引擎時有更多選擇。他們能夠使用視覺化技術來找出和進行必要的調整、發掘更好的設計，以及測試引擎與飛行器的各種整合配置方式。
使用 NVIDIA IndeX 視覺化技術製作出本文主圖。