Projektcykeltid drastiskt reducerad! Forskare använder superdatorer för att driva laserfusionsforskning

Nyligen installerade University of Rochester's Laboratory for Laser Energetics (LLE) en ny superdator för att stödja dess laserfusionsexperiment.
Den nya superdatorn ökar labbets datorkraft med en faktor fyra och minskar tiden som krävs för att slutföra vissa projekt från 30 veckor till några dagar.
University of Rochester's Laboratory for Laser Energetics (LLE) är en av endast en handfull anläggningar i världen som studerar laserdriven tröghetsinneslutningsfusion (ICF), som forskare använder för nationella säkerhetsändamål och för att få energi från kärnfusion.
"En ny superdator placerad vid universitetet kommer att göra det möjligt för forskare att simulera komplexa fenomen med hög energidensitet i ICF i tre dimensioner med oöverträffad detaljrikedom", säger Valeri Goncharov, chef för laboratoriets teoretiska avdelning och en vetenskapsman.
"Till exempel är det mycket svårt, för att inte säga omöjligt, att direkt mäta utvecklingen av mikrometerskaliga måldefekter i en implosion. Men detaljerade 3D-simuleringar kan modellera hur sådana fenomen förändrar lättare mätbara experimentella observationer," förklarar Goncharov, " Att upptäcka sambandet mellan simuleringsresultat och experimentella data kommer att hjälpa till att bestämma vikten av sub-skala målfunktioner och andra komplexa fysiska effekter i experiment."
Maskinen, kallad Conesus, byggdes av Intel och utvecklades i samarbete med Dell Technologies och Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL). Det är ett av endast sju Intel fjärde generationens Sapphire Rapids-system i världen och ett av endast två i USA.
Programmet "World's Top 500 Supercomputers" (TOP500 List), som startade 1993, publicerar en uppdaterad lista över världens mest kraftfulla superdatorer två gånger om året.
Hur kommer laserfusionsexperiment att gynnas?
University of Rochester's Laboratory for Laser Energetics har två mycket kraftfulla lasrar - Omega och Omega EP - som forskare använder för att genomföra studier, inklusive de som involverar ICF. Detta arbete bygger på ett genombrott inom tändning, fusionsreaktionen som ger en nettoenergivinst, som forskare gjorde förra året vid LLNL:s National Ignition Facility (NIF).
William Scullin, chef för labbets högpresterande datorgrupp, sa: "Omkring 10 gånger om dagen används våra lasrar för att skapa en energisk stjärna i en burk."
Men vägen till laserdriven tröghetsinneslutningsfusion (ICF) börjar med superdatorer som modellerar materialen, lasrarna och själva experimentet.
Scullin sa: "Vi har 1D-, 2D- och 3D-modelleringsmöjligheter för att simulera tröghetsinneslutningsfusion. Vi modellerar material och plasma vid extrema temperaturer och tryck. Högeffektlasrar är inte kommersiellt tillgängliga komponenter. Därför designar vi många av våra egna optiska och lasersystem i egen regi. Dessutom återstår en allt större mängd statistiskt arbete."
Enligt Scullin, när behovet av statistisk analys ökar, undersöker beräkningsforskare hur man använder maskininlärning för att ta reda på vad som händer från gamla och nya data. För att göra dessa upptäckter möjliga behöver LLE nya datorresurser.
Conesus kommer att tillhandahålla beräkningsresurser för forskare att samla in mer data och genomföra studier med högre upplösning, inklusive att använda maskininlärning på större datamängder, enligt Scullin. Projekt som kan ha tagit 30 veckor att slutföra på tidigare system kan slutföras på dagar med Conesus.
Conesus har flera projekt planerade, inklusive att testa statistiska modeller av den kryogena implosionen av Omega-lasersystemet; simulera alfapartikelstopp och förbränning av plasma; och studera flytande kristaller, som producerar stora svar med mycket hög termisk stabilitet.
University of Rochester's Laboratory for Laser Energetics (LLE) kommer att inrymma två 25 gigawatts lasrar som en del av ett projekt som stöds av National Science Foundation (NSF) vid University of Rochester som har en budget på 18 miljoner dollar under en treårsperiod. Som en del av projektet kommer labbet att etablera en ny anläggning kallad EP-OPAL, som kommer att ägnas åt studiet av interaktionen mellan ultrahögintensiva lasrar och materia.