Самый масштабный компьютерный эксперимент в истории потребовал 1,6 млн ядер

Исследователи Национальной лаборатории Лоуренса в Ливерморе (LLNL) провели рекордный численный эксперимент, задействовавший все 1572864 ядер крупнейшего в мире суперкомпьютера Sequoia. Эта система базируется на архитектуре IBM BlueGene/Q и стала первым компьютером с количеством ядер, превзошедшим миллион. Она также удерживает второе место в мире по быстродействию – 16,3 петафлопс.

В компьютерном моделировании использовался метод «частиц в ячейке» (particle-in-cell, PIC), широко применяемый в физике плазмы для расчета трехмерного движения заряженных частиц и электромагнитных взаимодействий между ними. Ресурсы суперкомпьютеров, подобных Sequoia, позволяют в таких численных экспериментах оперировать сложными системами, состоящими из десятков миллиардов или триллионов индивидуальных частиц.

Целью эксперимента Фредерико Фиуза (Frederico Fiuza), физика из LLNL, было изучение взаимодействия сверхмощного лазерного излучения с плотной плазмой с конечной целью реализации реакции термоядерного синтеза в лабораторных условиях. В рассматриваемом методе «быстрого зажигания» короткий (длительностью миллиардные доли секунды) импульс лазера петаваттной мощности нагревает сжатое дейтериево-тритиевое топливо до температур свыше 50 млн градусов Цельсия, требуемых для инициации ядерного синтеза и высвобождения энергии. Данная работа является частью программы термоядерных исследований Министерства энергетики США.

Применявшаяся PIC-программа под названием OSIRIS, разработана более 10 лет назад LLNL совместно с Калифорнийским университетом в Лос-Анджелесе и португальским Instituto Superior Técnico. Распараллелив относительно небольшую задачу на значительное число ядер (сильное масштабирование) OSIRIS получила 75%-ную эффективность, но когда объем задачи был увеличен (слабое масштабирование), достигалась эффективность уже 97%. Как поясняет Фиуза, проблема, решаемая одним процессором за год, занимает всего один день машинного времени 4 тыс. ядер (сильное масштабирование). При дальнейшем экстенсивном росте сложности задачи (т.е. количества ядер, выполняющих тот же алгоритм) в 400 раз, на нее тратится по прежнему один день (слабое масштабирование).

OSIRIS использовалась на этапе предварительного тестирования Sequoia, в дальнейшем суперкомпьютер планируется переориентировать на его основную задачу – управление хранением ядерных запасов.

Ready, set, buy! Посібник для початківців - як придбати Copilot для Microsoft 365