Masa Kitaran Projek Dikurangkan Secara Dramatik! Saintis Menggunakan Supercomputing Untuk Menjana Penyelidikan Gabungan Laser

Baru-baru ini, Makmal untuk Laser Energetik (LLE) Universiti Rochester memasang superkomputer baharu untuk menyokong eksperimen gabungan lasernya.
Superkomputer baharu itu meningkatkan kuasa pengkomputeran makmal sebanyak empat faktor dan mengurangkan masa yang diperlukan untuk menyiapkan projek tertentu daripada 30 minggu kepada beberapa hari.
Makmal untuk Laser Energetik (LLE) Universiti Rochester ialah satu daripada segelintir kemudahan di dunia yang mengkaji gabungan terkurung inersia dipacu laser (ICF), yang digunakan saintis untuk tujuan keselamatan negara dan memperoleh tenaga daripada gabungan nuklear.
"Superkomputer baharu yang terletak di universiti itu akan membolehkan penyelidik mensimulasikan fenomena ketumpatan tenaga tinggi yang kompleks dalam ICF dalam tiga dimensi dengan perincian yang belum pernah berlaku sebelum ini," kata Valeri Goncharov, pengarah bahagian teori makmal dan seorang saintis.
"Sebagai contoh, adalah sangat sukar, jika tidak mustahil, untuk secara langsung mengukur evolusi kecacatan sasaran skala mikrometer dalam letupan. Walau bagaimanapun, simulasi 3D yang terperinci boleh memodelkan bagaimana fenomena sedemikian mengubah pemerhatian eksperimen yang lebih mudah diukur, "jelas Goncharov, " Menemui korelasi antara hasil simulasi dan data percubaan akan membantu menentukan kepentingan ciri sasaran sub-skala dan kesan fizikal kompleks lain dalam eksperimen."
Mesin itu, yang dipanggil Conesus, dibina oleh Intel dan dibangunkan dengan kerjasama Dell Technologies dan Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL). Ia adalah satu daripada tujuh sistem Sapphire Rapids generasi keempat Intel di dunia dan satu daripada hanya dua di Amerika Syarikat.
Program "500 Superkomputer Teratas Dunia" (Senarai TOP500), yang dimulakan pada tahun 1993, menerbitkan senarai terkini superkomputer paling berkuasa di dunia dua kali setahun.
Bagaimanakah eksperimen gabungan laser akan mendapat manfaat?
Makmal Laser Energetik Universiti Rochester mempunyai dua laser yang sangat berkuasa - Omega dan Omega EP - yang digunakan oleh penyelidik untuk menjalankan kajian, termasuk yang melibatkan ICF. Kerja ini dibina di atas satu kejayaan dalam penyalaan, tindak balas gabungan yang menghasilkan keuntungan tenaga bersih, yang dibuat oleh saintis tahun lepas di Kemudahan Penyalaan Kebangsaan (NIF) LLNL.
William Scullin, ketua kumpulan pengkomputeran berprestasi tinggi makmal, berkata, "Kira-kira 10 kali sehari, laser kami digunakan untuk mencipta bintang bertenaga dalam balang."
Tetapi laluan kepada gabungan inersia inersia (ICF) dipacu laser bermula dengan superkomputer memodelkan bahan, laser dan eksperimen itu sendiri.
Scullin berkata, "Kami mempunyai keupayaan pemodelan 1D, 2D dan 3D untuk mensimulasikan gabungan kekangan inersia. Kami memodelkan bahan dan plasma pada suhu dan tekanan yang melampau. Laser berkuasa tinggi bukan komponen yang tersedia secara komersial. Oleh itu, kami mereka bentuk banyak optik dan sistem laser dalaman. Di samping itu, terdapat peningkatan jumlah kerja statistik yang perlu dilakukan."
Menurut Scullin, apabila keperluan untuk analisis statistik meningkat, saintis pengiraan sedang meneroka cara menggunakan pembelajaran mesin untuk mengetahui perkara yang berlaku daripada data lama dan baharu. Untuk membolehkan penemuan ini, LLE memerlukan sumber pengkomputeran baharu.
Conesus akan menyediakan sumber pengiraan untuk saintis mengumpul lebih banyak data dan menjalankan kajian resolusi lebih tinggi, termasuk menggunakan pembelajaran mesin pada set data yang lebih besar, menurut Scullin. Projek yang mungkin mengambil masa 30 minggu untuk disiapkan pada sistem yang lebih awal boleh disiapkan dalam beberapa hari menggunakan Conesus.
Conesus mempunyai beberapa projek yang dirancang, termasuk menguji model statistik letupan kriogenik sistem laser Omega; simulasi menghentikan zarah alfa dan membakar plasma; dan mengkaji hablur cecair, yang menghasilkan tindak balas yang besar dengan kestabilan haba yang sangat tinggi.
Makmal Universiti Rochester untuk Laser Energetik (LLE) akan menempatkan dua laser 25 gigawatt sebagai sebahagian daripada projek yang disokong oleh Yayasan Sains Kebangsaan (NSF) di Universiti Rochester yang mempunyai bajet $18 juta dalam tempoh tiga tahun. Sebagai sebahagian daripada projek, makmal itu akan mewujudkan kemudahan baharu yang dipanggil EP-OPAL, yang akan didedikasikan untuk kajian interaksi laser berintensiti ultra tinggi dengan jirim.