Projektdurchlaufzeit drastisch verkürzt! Wissenschaftler nutzen Supercomputing, um die Laserfusionsforschung voranzutreiben

Kürzlich hat das Labor für Laserenergetik (LLE) der Universität Rochester einen neuen Supercomputer zur Unterstützung seiner Laserfusionsexperimente installiert.
Der neue Supercomputer erhöht die Rechenleistung des Labors um den Faktor vier und verkürzt die Zeit, die für die Fertigstellung bestimmter Projekte benötigt wird, von 30 Wochen auf wenige Tage.
Das Labor für Laserenergetik (LLE) der Universität Rochester ist eine von nur wenigen Einrichtungen auf der Welt, die sich mit der lasergesteuerten Trägheitsfusion (Inertial Confinement Fusion, ICF) befassen, die Wissenschaftler für Zwecke der nationalen Sicherheit und zur Gewinnung von Energie aus der Kernfusion nutzen.
„Ein neuer Supercomputer an der Universität wird es Forschern ermöglichen, komplexe Phänomene mit hoher Energiedichte in der ICF in drei Dimensionen mit beispielloser Detailgenauigkeit zu simulieren“, sagte Valeri Goncharov, Direktor der theoretischen Abteilung des Labors und Wissenschaftler.
„Zum Beispiel ist es sehr schwierig, wenn nicht unmöglich, die Entwicklung mikrometergroßer Zieldefekte bei einer Implosion direkt zu messen. Detaillierte 3D-Simulationen können jedoch modellieren, wie solche Phänomene leichter messbare experimentelle Beobachtungen verändern“, erklärt Goncharov, „ Die Entdeckung der Korrelation zwischen Simulationsergebnissen und experimentellen Daten wird dazu beitragen, die Bedeutung von Zielmerkmalen im Submaßstab und anderen komplexen physikalischen Effekten in Experimenten zu bestimmen.
Die Maschine mit dem Namen Conesus wurde von Intel gebaut und in Zusammenarbeit mit Dell Technologies und dem Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) entwickelt. Es ist eines von nur sieben Sapphire Rapids-Systemen der vierten Generation von Intel weltweit und eines von nur zwei in den Vereinigten Staaten.
Das 1993 ins Leben gerufene Programm „World's Top 500 Supercomputers“ (TOP500 List) veröffentlicht zweimal im Jahr eine aktualisierte Liste der leistungsstärksten Supercomputer der Welt.
Welchen Nutzen haben Laserfusionsexperimente?
Das Labor für Laserenergetik der Universität Rochester verfügt über zwei sehr leistungsstarke Laser – den Omega und den Omega EP –, mit denen Forscher Studien durchführen, darunter auch solche mit ICF. Diese Arbeit baut auf einem Durchbruch bei der Zündung auf, der Fusionsreaktion, die einen Nettoenergiegewinn erzeugt, den Wissenschaftler letztes Jahr an der National Ignition Facility (NIF) des LLNL erzielten.
William Scullin, Leiter der Hochleistungsrechnergruppe des Labors, sagte: „Ungefähr zehnmal am Tag werden unsere Laser verwendet, um einen energiereichen Stern in einem Glas zu erzeugen.“
Der Weg zur lasergesteuerten Inertial Confinement Fusion (ICF) beginnt jedoch mit Supercomputern, die die Materialien, die Laser und das Experiment selbst modellieren.
Scullin sagte: „Wir verfügen über 1D-, 2D- und 3D-Modellierungsfunktionen zur Simulation der Trägheitsfusion. Wir modellieren Materialien und Plasmen bei extremen Temperaturen und Drücken. Hochleistungslaser sind keine kommerziell erhältlichen Komponenten. Daher entwerfen wir viele unserer eigenen optischen und.“ Lasersysteme im eigenen Haus. Darüber hinaus gibt es immer mehr statistische Arbeiten zu erledigen.“
Da der Bedarf an statistischen Analysen steigt, erforschen Informatiker laut Scullin, wie sie maschinelles Lernen nutzen können, um anhand alter und neuer Daten herauszufinden, was vor sich geht. Um diese Entdeckungen zu ermöglichen, benötigt LLE neue Rechenressourcen.
Conesus wird Wissenschaftlern Rechenressourcen zur Verfügung stellen, um mehr Daten zu sammeln und Studien mit höherer Auflösung durchzuführen, einschließlich der Verwendung von maschinellem Lernen für größere Datensätze, so Scullin. Projekte, deren Fertigstellung auf früheren Systemen möglicherweise 30 Wochen gedauert hätte, können mit Conesus in wenigen Tagen abgeschlossen werden.
Conesus hat mehrere Projekte geplant, darunter das Testen statistischer Modelle der kryogenen Implosion des Omega-Lasersystems; Simulation des Stoppens und Verbrennens von Plasma durch Alphateilchen; und die Untersuchung von Flüssigkristallen, die große Reaktionen bei sehr hoher thermischer Stabilität erzeugen.
Das Labor für Laserenergetik (LLE) der Universität Rochester wird im Rahmen eines von der National Science Foundation (NSF) der Universität Rochester unterstützten Projekts, das über einen Zeitraum von drei Jahren mit einem Budget von 18 Millionen US-Dollar ausgestattet ist, zwei 25-Gigawatt-Laser beherbergen. Im Rahmen des Projekts wird das Labor eine neue Einrichtung namens EP-OPAL errichten, die sich der Untersuchung der Wechselwirkung von Lasern ultrahoher Intensität mit Materie widmet.