„Aurora“, vienas sparčiausių superkompiuterių pasaulyje, dabar naudojamas vienai sudėtingiausių inžinerinių užduočių moksle – termobranduolinės sintezės energijos – modeliavimui.
JAV Energetikos departamento Argono nacionalinėje laboratorijoje veikiantis egzaskalės superkompiuteris padeda tyrėjams modeliuoti ekstremalią fiziką tokamakuose, kuriuose plazma turi būti išlaikoma aukštesnėje nei Saulės temperatūroje.
„Aurora“ gali atlikti kvintilijoną skaičiavimų per sekundę.
Ši milžiniška skaičiavimo galia nukreipiama į tai, kad būtų geriau suprastas plazmos elgesys esant stipriam magnetiniam sulaikymui ir būtų galima prognozuoti sutrikimus dar prieš jiems pažeidžiant reaktorių.
Termobranduolinė sintezė žada gausią, anglies neišskiriančią energiją. Jos kuras – deuteris – gali būti išgaunamas iš vandens. Reakciją lengva sustabdyti, todėl ji iš prigimties saugi. Tačiau būtent šis trapumas apsunkina galimybę ją ilgai ir stabiliai palaikyti komerciškai naudingu režimu.
Tokamako viduje magnetiniai laukai veikia tarsi butelis, laikantis įkaitusią plazmą vietoje. Vis dėlto plazma gali tapti nestabili.
Magnetinės salos ir kiti sutrikimai gali sustabdyti reakcijas arba pažeisti reaktoriaus sieneles. Todėl tokių reiškinių prognozavimas ir prevencija yra kritiškai svarbūs.
Egzaskalė susitinka su sinteze
„Aurora“ 2025 m. tapo prieinama tyrėjams iš viso pasaulio Argono lyderystės skaičiavimo centre. Prieš pradedant visavertį darbą, atrinktos komandos gavo prieigą prie sistemos per „Aurora Early Science Program“ ankstyvųjų tyrimų programą.
„Šie projektai padeda patikrinti ir ištestuoti „Auroros“ aparatinę ir programinę įrangą“, – sako Argono kompiuterinių mokslų skyriaus direktoriaus pavaduotojas Timas Williamsas.
„Jie gauna pačią ankstyviausią prieigą prie visos sistemos. Vykdydami darbus, jie padeda diagnozuoti problemas ir užtikrina, kad jos būtų ištaisytos.“
Du iš ankstyvųjų projektų buvo skirti termobranduolinei sintezei ir vadovaujami Prinstono plazmos fizikos laboratorijos mokslininkų.
Viljamas Tangas ir Čungsiokas Changas naudoja „Aurorą“ plazmos srautams, kraštinės (angl. edge) plazmos fizikai ir reaktoriaus masto problemoms, susijusioms su tarptautiniu sintezės projektu ITER, kuris statomas Prancūzijoje, modeliuoti.
ITER tokamakas suprojektuotas taip, kad pasiektų 150 milijonų °C temperatūrą – maždaug dešimt kartų aukštesnę nei Saulės branduolyje.
Plazmos elgsenos tokiomis sąlygomis modeliavimas reiškia lygčių sprendimą daugiamatėje erdvėje, atsižvelgiant į įvairias įkrovos būsenas ir atstovaujant trilijonams matematinių „dalelių“.
„Kuo didesni kompiuteriai, tuo geriau“, – sako Changas. – „Tam mums gali prireikti ir dešimties egzaskalės kompiuterių.“
Dirbtinis intelektas prognozuoja sutrikimus
„Aurora“ taip pat naudojama dirbtinio intelekto modeliams mokyti, kad būtų galima prognozuoti artėjantį tokamako sutrikimą. Kylas Felkeris, bendradarbiaudamas su Tangu, kuria sistemas, kurios per kelias milisekundes gali priskirti reaktoriui sutrikimo tikimybės įvertį.
„Turime labai daug duomenų iš ankstesnių eksperimentų. Galime pasitelkti dirbtinį intelektą, kad išmokytume jį atpažinti nestabilumų požymius ir, tikimės, visiškai jų išvengtume“, – teigia Felkeris.
Modelis mokomas su eksperimentiniais duomenimis iš tokių įrenginių kaip „DIII-D“ ir „Joint European Torus“. Atpažindami dėsningumus, kurie atsiranda prieš nestabilumą, operatoriai galėtų įsikišti dar prieš sugriūvant plazmos sulaikymui.
Tangas atkreipia dėmesį, kad augant dirbtinio intelekto skaičiavimo apkrovoms visame pasaulyje, didėja elektros energijos poreikis, o tai dar labiau pabrėžia skubią švarių energijos šaltinių, tokių kaip termobranduolinė sintezė, būtinybę.
„Norint, kad kitos kartos mašinos ir toliau kurtų atradimus, kuriuos dirbtinis intelektas turi milžinišką potencialą atnešti, tiesiog būtina turėti daugiau energijos“, – sako Tangas.
„Tai dar viena svarbi mūsų veiklos kryptis – bandymas užtikrinti švarią termobranduolinės sintezės energiją, naudojant magnetinio sulaikymo metodus.“
„Auroros“ 20,4 petabaito atmintis leidžia atlikti gerokai didesnės raiškos ir tikslumo simuliacijas nei ankstesnėse sistemose. Skaičiavimai, kurie anksčiau trukdavo kelias dienas, dabar gali būti atlikti per kelias valandas.
„Šios mašinos nepadarys darbo už jus. Jos yra galingi įrankiai, bet kartu jos parodo ir tai, ko jūs dar nežinote“, – pabrėžia Tangas.
„Kol išliksime susitelkę ir turėsime gabių, jaunų mokslininkų, dirbančių termobranduolinės sintezės srityje, aš labai viltingai žiūriu į ateitį.“
