Исследователи из Ливерморской национальной лаборатории имени Лоуренса (Lawrence Livermore National Laboratories, LLNL) Министерства энергетики США провели расчет математической модели Osiris, который стал рекордным на сегодняшний день математическим моделированием, проведенным с помощью суперкомпьютера. Во время расчетов математической модели Osiris были задействованы все 1572864 вычислительных ядра суперкомпьютера IBM BlueGene/Q Sequoia, который из-за того, что суперкомпьютер Titan не может выйти на полную мощность, фактически является самым мощным суперкомпьютером на сегодняшний день.

Математическая модель Osiris используется в основном в области физики плазмы и позволяет смоделировать движение заряженных частиц, составляющих ионизированную материю, и электромагнитные взаимодействия между этими частицами.

Высокоскоростные суперкомпьютеры, такие как Sequoia, позволяют с помощью этой математической модели рассчитать поведение невероятно сложных систем, состоящих из десятков миллиардов и триллионов отдельных частиц.

Выполненное моделирование производилось Фредерико Фиуза (Frederico Fiuza) и Лоуренсом Феллоу (Lawrence Fellow), учеными-физиками из лаборатории LLNL. Они изучают влияние света сверхмощных лазеров на плотные плазменные образования с целью получения реакции термоядерного синтеза, которая может стать бесконечным источником экологически чистой энергии для человечества.

Метод, известный как быстрое воспламенение, использует лазеры, способные выработать импульсы света, мощностью более петаватта (миллион миллиардов Ватт) в течение миллиардных долей секунды. Эти импульсы разогревают сжатую смесь дейтерия и трития до температуры, превышающей 50 миллионов градусов Цельсия, чего достаточно для начала реакции термоядерного синтеза, выделяющей большое количество энергии.

Математическая модель Osiris, использовавшаяся для проведения столь сложных физических расчетов, была разработана более 10 лет назад группой специалистов из Калифорнийского университета и португальского Технологического института (Instituto Superior Tecnico). Сначала математическая модель Osiris продемонстрировала 75-процентную эффективность при расчете на суперкомпьютере Sequoia, но после того, как Фредерико Фиуза изменил некоторые условия вычислений и оптимизировал исходные данные, эффективность вычислений была поднята до 97 процентов.

Проведенное математическое моделирование рассчитывало динамику поведения более 100 миллиардов заряженных частиц в дискретные моменты времени. Число дискрет составило более чем 100 тысяч временных промежутков. Эти величины на порядок больше значений аналогичных величин характеристик математических моделей воспламенения реакции термоядерного синтеза, рассчитанных во время любых предыдущих исследований.

«Подобные вычисления заняли бы год времени при расчете на средней системе с 4 тысячами вычислительных ядер. Но суперкомпьютер Sequoia справился с этой задачей за один день» – рассказывает Фредерико Фиуза, – «Подобные задачи, требующие в 400 раз большего количества вычислений, при должном уровне оптимизации, могут быть рассчитаны за такое же время».