В рамках сотрудничества с Intel и Dell Technologies Управление по атомной энергии Соединенного Королевства (UKAEA) и Кембриджская лаборатория Open Zettascale Lab планируют создать “цифрового двойника” прототипа термоядерной электростанции сферического токамака для производства энергии (STEP). UKAEA будет использовать лабораторный суперкомпьютер на базе технологий Intel, включая масштабируемые процессоры Intel® Xeon® 4-го поколения, распределенное асинхронное объектное хранилище (DAO) и инструменты oneAPI для оптимизации разработки и доставки энергии термоядерного синтеза в сеть в 2040-х годах.

Планирование коммерциализации термоядерной энергетики требует от таких организаций, как UKAEA, использования огромных объемов вычислительных ресурсов и искусственного интеллекта для моделирования. Эти рабочие нагрузки HPC могут выполняться с использованием множества различных архитектур, поэтому открытые программные решения, оптимизирующие требования к производительности, могут обеспечить переносимость кода, недоступного в закрытых проприетарных системах. В целом, усовершенствованное аппаратное и программное обеспечение может снизить риски и ускорить переход к коммерческому термоядерному энергоснабжению – ключевое преимущество на пути к устойчивой энергетике.
– Адам Роу, технический директор Intel EMEA HPC

Почему это важно: термоядерную энергию с ее потенциалом обеспечения практически безграничной и высокоэффективной энергетики часто называют идеальным альтернативным источником энергии, но до функционирующей термоядерной электростанции, способной поставлять энергию в сеть, еще много лет. Разработка электростанции нового поколения требует большого количества передовых инструментов и огромного объема моделирования, и все это в то время, как исследования и технологии термоядерной физики продолжают развиваться.

Работая над функционирующим термоядерным оборудованием, UKAEA и Кембриджская лаборатория Open Zettascale Lab будут использовать суперкомпьютеры и «цифровой двойник», или прототип, STEP machine design для ускорения проектирования и обеспечения перспективного прогресса даже по мере развития событий.

«Я твердо верю, что будущее устойчивой энергетики будет зависеть от суперкомпьютеров», — сказал Роб Эйкерс, директор компьютерных программ UKAEA. «Миру срочно необходимо обеспечить энергетическую безопасность и бороться с изменением климата. Это путешествие, в которое мы должны отправиться вместе, предоставляя доступ и возможности всем тем, кто будет играть важную роль в коммерческом производстве термоядерной энергии».

Как это работает: Работая внутри промышленной метавселенной – цифрового представления промышленной среды, с которой люди могут взаимодействовать, – команда UKAEA может адаптировать свой дизайн по мере поступления новой информации и разработки технологий. Суперкомпьютер Кембриджской лаборатории Open Zettascale использует серверы Dell PowerEdge на базе процессоров Xeon4-го поколения для выполнения огромного объема моделирования, необходимого для исследований в области термоядерного синтеза.

oneAPI, который позволяет разработчикам использовать единую кодовую базу для развертывания приложений на нескольких архитектурах, устраняет один из главных факторов, препятствующих функциональности и производительности моделирования: переносимость кода. Инструменты Intel oneAPI и оптимизированные фреймворки искусственного интеллекта обеспечивают производительность для глубокого обучения и молекулярной динамики. Являясь центром передового опыта oneAPI, лаборатория Cambridge Open Zettascale Lab сосредоточена на расширении этого набора приложений, включающего проектирование, термоядерные материалы и моделирование плазмы.

Скорость хранения данных — еще одно потенциальное препятствие в исследованиях fusion, которые включают в себя масштабное моделирование, выполняемое на тысячах узлов графического процессора, а затем передачу огромного объема данных для быстрого анализа после моделирования. Однократное моделирование турбулентности плазмы может выдавать сотни петабайт данных за очень короткое время. Intel DAOS — это программно-определяемое масштабируемое хранилище объектов с открытым исходным кодом, обеспечивающее высокую пропускную способность, низкую задержку и высокую скорость выполнения операций ввода-вывода в секунду (IOPS) для приложений высокопроизводительных вычислений (HPC). Для исследований в области термоядерного синтеза она предлагает быстрый и не требующий сложностей способ анализа и вычислений, которые должны выполняться за невероятно короткий промежуток времени.