Группа программистов, математиков и ученых-геофизиков из Технического университета в Мюнхене (Technische Universitaet Muenchen, TUM), Университета Людвига-Максимилиана в Мюнхене (Ludwig-Maximillians Universitaet Muenchen, LMU) произвели глобальную оптимизацию кода программного обеспечения SeisSol, при помощи которого производятся расчеты математических моделей землетрясений и других геофизических процессов. Оптимизация кода была выполнена в расчете на архитектуру одного из самых эффективных современных суперкомпьютеров, суперкомпьютера SuperMUC, находящегося в распоряжении Центра суперкомпьютерных вычислений в Лейбнице (Leibniz Supercomputing Center), что позволило получить рекордный на сегодняшний день показатель производительности при расчетах геофизических математических моделей, который составил один квадрильон операций с плавающей запятой в секунду.

Ученые-геофизики используют программное обеспечение SeisSol для исследований процессов образования, распространения сейсмических волн ниже поверхности Земли и других явлений, которые становятся причиной землетрясений на поверхности.

Главной целью ученых является проведение моделирования землетрясений с максимально возможной для этого точностью, что позволяет лучше понять все происходящие процессы и что, в свою очередь, позволит более точно прогнозировать землетрясения и их последствия.

Однако, вычисления, используемые в расчетах таких математических моделей, настолько сложны, что для увеличения точности построения модели требуется вычислительная мощность, сопоставимая с мощностью самых высокопроизводительных суперкомпьютеров.

Рис. 1.

Группа исследователей, возглавляемая доктором Кристианом Пелтисом (Dr. Christian Pelties) и профессором Майклом Бэдером (Professor Michael Bader), взяла базовое программное обеспечение SeisSol и произвела обширную оптимизацию 70 тысяч строчек программного кода, полностью адаптировав их для архитектуры суперкомпьютера SuperMUC. В результате этой оптимизации скорость расчетов программы SeisSol была увеличена в пять раз, ее пиковая производительность составила 1.42 петафлопс, что соответствует 44.5 процентам теоретической пиковой производительности системы SuperMUC в целом.

И эти показатели сделали оптимизированную программу SeisSol самой эффективной программой математического моделирования в мире на сегодняшний день.

Получив в свое распоряжение столь впечатляющую вычислительную мощность, ученые произвели расчеты математической модели вулкана Мерапи (Merapi) на острове Ява. Следует отметить, что

этот вулкан является самым сложным вулканом на земном шаре с точки зрения его геометрии и строения. Моделирование процессов, происходящих в недрах вулкана Мерапи заняло 3 часа времени в течение которых суперкомпьютер SuperMUC, имеющий в своем распоряжении 147 456 вычислительных ядер, держал среднюю планку производительности на уровне 1.09 квадрильона операций с плавающей запятой в секунду.

Следующей математической моделью, которая будет рассчитана при помощи суперкомпьютера SuperMUC и оптимизированной программы SeisSol, станет модель землетрясения и сейсмических волн, которые распространяются на многие сотни километров.

При этом,

пространственная разрешающая способность математической модели будет равна одному метру, что позволит ученым отследить все происходящие процессы с самым высоким на сегодняшний день уровнем детализации.