Prosjektsyklustid drastisk redusert! Forskere bruker superdatabehandling for å gi drivstoff til laserfusjonsforskning

Nylig installerte University of Rochester's Laboratory for Laser Energetics (LLE) en ny superdatamaskin for å støtte laserfusjonseksperimentene.
Den nye superdatamaskinen øker laboratoriets datakraft med en faktor på fire og reduserer tiden som kreves for å fullføre visse prosjekter fra 30 uker til noen få dager.
University of Rochester's Laboratory for Laser Energetics (LLE) er et av bare en håndfull anlegg i verden som studerer laserdrevet treghetsbegrensningsfusjon (ICF), som forskere bruker til nasjonale sikkerhetsformål og for å hente energi fra kjernefysisk fusjon.
"En ny superdatamaskin plassert ved universitetet vil tillate forskere å simulere komplekse fenomener med høy energitetthet i ICF i tre dimensjoner med enestående detaljer," sa Valeri Goncharov, direktør for laboratoriets teoretiske avdeling og en vitenskapsmann.
"For eksempel er det veldig vanskelig, om ikke umulig, direkte å måle utviklingen av måldefekter i mikrometerskala i en implosjon. Imidlertid kan detaljerte 3D-simuleringer modellere hvordan slike fenomener endrer lettere målbare eksperimentelle observasjoner," forklarer Goncharov, " Å oppdage korrelasjonen mellom simuleringsresultater og eksperimentelle data vil bidra til å bestemme viktigheten av sub-skala målfunksjoner og andre komplekse fysiske effekter i eksperimenter."
Maskinen, kalt Conesus, ble bygget av Intel og utviklet i samarbeid med Dell Technologies og Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL). Det er et av bare syv Intel fjerdegenerasjons Sapphire Rapids-systemer i verden og ett av bare to i USA.
Programmet «World's Top 500 Supercomputers» (TOP500 List), startet i 1993, publiserer en oppdatert liste over verdens kraftigste superdatamaskiner to ganger i året.
Hvordan vil laserfusjonseksperimenter være til nytte?
University of Rochester's Laboratory for Laser Energetics har to svært kraftige lasere - Omega og Omega EP - som forskere bruker til å utføre studier, inkludert de som involverer ICF. Dette arbeidet bygger på et gjennombrudd innen tenning, fusjonsreaksjonen som gir en netto energigevinst, som forskere gjorde i fjor ved LLNLs National Ignition Facility (NIF).
William Scullin, leder av laboratoriets høyytelses databehandlingsgruppe, sa: "Omtrent 10 ganger om dagen brukes laserne våre til å lage en energisk stjerne i en krukke."
Men veien til laserdrevet inertial confinement fusion (ICF) begynner med superdatamaskiner som modellerer materialene, laserne og selve eksperimentet.
Scullin sa: "Vi har 1D-, 2D- og 3D-modelleringsevner for å simulere treghetsbegrensningsfusjon. Vi modellerer materialer og plasmaer ved ekstreme temperaturer og trykk. Høyeffektlasere er ikke kommersielt tilgjengelige komponenter. Derfor designer vi mange av våre egne optiske og lasersystemer internt. I tillegg er det en økende mengde statistisk arbeid som må gjøres."
I følge Scullin, etter hvert som behovet for statistisk analyse øker, utforsker beregningsforskere hvordan man bruker maskinlæring for å finne ut hva som skjer fra gamle og nye data. For å gjøre disse oppdagelsene mulig, trenger LLE nye dataressurser.
Conesus vil gi beregningsressurser for forskere til å samle inn mer data og gjennomføre studier med høyere oppløsning, inkludert bruk av maskinlæring på større datasett, ifølge Scullin. Prosjekter som kan ha tatt 30 uker å fullføre på tidligere systemer kan fullføres på dager ved hjelp av Conesus.
Conesus har flere prosjekter planlagt, inkludert testing av statistiske modeller av den kryogene implosjonen av Omega-lasersystemet; simulering av alfapartikkelstopp og brenning av plasma; og studere flytende krystaller, som produserer store responser med svært høy termisk stabilitet.
University of Rochester's Laboratory for Laser Energetics (LLE) vil huse to 25 gigawatt-lasere som en del av et prosjekt støttet av National Science Foundation (NSF) ved University of Rochester som har et budsjett på 18 millioner dollar over en treårsperiode. Som en del av prosjektet vil laboratoriet etablere et nytt anlegg kalt EP-OPAL, som vil være dedikert til studiet av interaksjonen mellom ultrahøyintensitetslasere og materie.