Время цикла проекта значительно сокращено! Ученые используют суперкомпьютеры для стимулирования исследований в области лазерного синтеза

Недавно Лаборатория лазерной энергетики (LLE) Рочестерского университета установила новый суперкомпьютер для поддержки экспериментов по лазерному синтезу.
Новый суперкомпьютер увеличивает вычислительную мощность лаборатории в четыре раза и сокращает время, необходимое для завершения некоторых проектов, с 30 недель до нескольких дней.
Лаборатория лазерной энергетики (LLE) Рочестерского университета — одна из немногих лабораторий в мире, изучающих лазерный термоядерный синтез с инерционным удержанием (ICF), который ученые используют в целях национальной безопасности и для получения энергии за счет ядерного синтеза.
«Новый суперкомпьютер, расположенный в университете, позволит исследователям моделировать сложные явления с высокой плотностью энергии в МКФ в трех измерениях с беспрецедентной детализацией», — сказал Валерий Гончаров, директор теоретического отдела лаборатории и ученый.
«Например, очень сложно, если не невозможно, напрямую измерить эволюцию дефектов мишени микрометрового масштаба при имплозии. Однако детальное трехмерное моделирование может смоделировать, как такие явления изменяют более легко измеримые экспериментальные наблюдения», — объясняет Гончаров, — Обнаружение корреляции между результатами моделирования и экспериментальными данными поможет определить важность подмасштабных целевых особенностей и других сложных физических эффектов в экспериментах».
Машина под названием Conesus была построена Intel и разработана в сотрудничестве с Dell Technologies и Ливерморской национальной лабораторией Лоуренса (LLNL). Это одна из семи систем Intel Sapphire Rapids четвертого поколения в мире и одна из двух в США.
Программа «500 лучших суперкомпьютеров мира» (TOP500 List), стартовавшая в 1993 году, дважды в год публикует обновленный список самых мощных суперкомпьютеров мира.
Какую пользу принесут эксперименты по лазерному синтезу?
Лаборатория лазерной энергетики Рочестерского университета располагает двумя очень мощными лазерами — Omega и Omega EP, — которые исследователи используют для проведения исследований, в том числе с использованием ICF. Эта работа основана на прорыве в воспламенении, реакции термоядерного синтеза, дающей чистый прирост энергии, который ученые сделали в прошлом году в Национальном центре зажигания (NIF) LLNL.
Уильям Скаллин, руководитель группы высокопроизводительных вычислений в лаборатории, сказал: «Примерно 10 раз в день наши лазеры используются для создания энергичной звезды в банке».
Но путь к лазерному термоядерному синтезу с инерционным удержанием (ICF) начинается с суперкомпьютеров, моделирующих материалы, лазеры и сам эксперимент.
Скаллин сказал: «У нас есть возможности 1D, 2D и 3D моделирования для моделирования термоядерного синтеза с инерционным ограничением. Мы моделируем материалы и плазму при экстремальных температурах и давлениях. Мощные лазеры не являются коммерчески доступными компонентами. Поэтому мы разрабатываем множество наших собственных оптических и лазерные системы внутри компании. Кроме того, предстоит выполнить все больше статистической работы».
По словам Скаллина, поскольку потребность в статистическом анализе возрастает, ученые-компьютерщики изучают, как использовать машинное обучение, чтобы узнать, что происходит, на основе старых и новых данных. Чтобы сделать эти открытия возможными, LLE нужны новые вычислительные ресурсы.
По словам Скаллина, Conesus предоставит ученым вычислительные ресурсы для сбора большего количества данных и проведения исследований с более высоким разрешением, в том числе с использованием машинного обучения для более крупных наборов данных. Проекты, выполнение которых в более ранних системах могло занять 30 недель, с помощью Conesus можно выполнить за несколько дней.
У Conesus запланировано несколько проектов, включая тестирование статистических моделей криогенного взрыва лазерной системы «Омега»; моделирование остановки альфа-частиц и горения плазмы; и изучение жидких кристаллов, которые дают большие отклики с очень высокой термической стабильностью.
В Лаборатории лазерной энергетики (LLE) Рочестерского университета будут размещены два лазера мощностью 25 гигаватт в рамках проекта, поддерживаемого Национальным научным фондом (NSF) Рочестерского университета, бюджет которого составляет 18 миллионов долларов на трехлетний период. В рамках проекта в лаборатории будет создана новая установка под названием EP-OPAL, которая будет заниматься исследованием взаимодействия лазеров сверхвысокой интенсивности с веществом.