„Aurora“ – vienas sparčiausių superkompiuterių pasaulyje – šiandien pasitelkiamas vienai sudėtingiausių šiuolaikinės inžinerijos ir mokslo užduočių: termobranduolinės sintezės energijos modeliavimui.
JAV Energetikos departamento Argono nacionalinėje laboratorijoje veikiantis egzaskalės klasės superkompiuteris padeda mokslininkams simuliuoti ekstremalią fiziką tokamakuose – įrenginiuose, kuriuose plazmą būtina išlaikyti temperatūroje, viršijančioje Saulės temperatūrą.
„Aurora“ gali atlikti kvintilijoną (1018) skaičiavimų per sekundę. Ši milžiniška skaičiavimo galia nukreipiama į tai, kad būtų geriau suprastas plazmos elgesys esant stipriam magnetiniam sulaikymui ir būtų galima iš anksto prognozuoti sutrikimus, dar prieš jiems padarant žalą reaktoriui.
Termobranduolinė sintezė žada gausią, anglies dioksido neišskiriančią energiją. Jos kuras – deuteris – gali būti išgaunamas iš vandens, o reakciją paprasta sustabdyti, todėl ji laikoma iš prigimties saugia. Vis dėlto būtent šis sistemos „trapumas“ apsunkina galimybę reakciją stabiliai palaikyti ilgą laiką ir komerciškai naudingomis sąlygomis.
Tokamako viduje magnetiniai laukai veikia tarsi butelis, sulaikantis įkaitusią plazmą. Tačiau plazma gali tapti nestabili, o magnetinės salos bei kiti sutrikimai gali ne tik sustabdyti reakcijas, bet ir pažeisti reaktoriaus sieneles. Todėl tokių reiškinių prognozavimas ir prevencija yra kritiškai svarbūs.
Egzaskalė susitinka su sinteze
2025 m. „Aurora“ tapo prieinama tyrėjams iš viso pasaulio Argono lyderystės skaičiavimo centre. Dar iki pilno sistemos įdarbinimo atrinktos komandos gavo prieigą per ankstyvųjų tyrimų programą, kuri leido pradėti darbus ir kartu išbandyti infrastruktūrą.
„Šie projektai padeda patikrinti ir ištestuoti „Auroros“ aparatinę ir programinę įrangą“, – teigia Argono kompiuterinių mokslų skyriaus direktoriaus pavaduotojas Timas Williamsas. Pasak jo, ankstyvieji naudotojai gauna pačią pirmąją prieigą prie visos sistemos, o vykdydami skaičiavimus padeda diagnozuoti problemas ir užtikrinti, kad jos būtų ištaisytos.
Du iš ankstyvųjų projektų buvo skirti termobranduolinei sintezei ir jiems vadovavo Prinstono plazmos fizikos laboratorijos mokslininkai. Viljamas Tangas ir Čungsiokas Changas „Aurorą“ naudoja plazmos srautams, kraštinės (angl. edge) plazmos fizikai ir reaktoriaus masto problemoms, susijusioms su tarptautiniu sintezės projektu ITER, modeliuoti. Šis projektas įgyvendinamas Prancūzijoje.
ITER tokamakas suprojektuotas taip, kad pasiektų 150 milijonų °C temperatūrą – maždaug dešimt kartų didesnę nei Saulės branduolyje. Plazmos elgsenos tokiomis sąlygomis modeliavimas reiškia sudėtingų lygčių sprendimą daugiamatėje erdvėje, atsižvelgiant į įvairias įkrovos būsenas ir aprašant trilijonus matematinių „dalelių“.
„Kuo galingesni kompiuteriai, tuo geriau“, – sako Changas. – „Tam mums gali prireikti ir dešimties egzaskalės kompiuterių.“
Dirbtinis intelektas prognozuoja sutrikimus
„Aurora“ taip pat pasitelkiama dirbtinio intelekto modeliams mokyti, kad šie galėtų prognozuoti artėjančius tokamako sutrikimus. Kylas Felkeris, bendradarbiaudamas su Tangu, kuria sistemas, galinčias per kelias milisekundes įvertinti sutrikimo tikimybę.
„Turime labai daug duomenų iš ankstesnių eksperimentų. Galime pasitelkti dirbtinį intelektą, kad jį išmokytume atpažinti nestabilumų požymius ir, tikimės, visiškai jų išvengtume“, – teigia Felkeris.
Modelis mokomas naudojant eksperimentinius duomenis iš tokių įrenginių kaip „DIII-D“ ir „Joint European Torus“. Atpažinus dėsningumus, pasirodančius prieš nestabilumą, operatoriai galėtų įsikišti dar iki tol, kol sugriūtų plazmos sulaikymas.
Tangas pabrėžia ir platesnį kontekstą: augant dirbtinio intelekto skaičiavimo apkrovoms visame pasaulyje, didėja elektros energijos poreikis, todėl dar labiau išryškėja skubus švarių energijos šaltinių, tokių kaip termobranduolinė sintezė, poreikis.
„Kad kitos kartos mašinos ir toliau generuotų atradimus, kuriuos dirbtinis intelektas gali atnešti, tiesiog būtina turėti daugiau energijos“, – sako Tangas. – „Tai viena svarbiausių mūsų veiklos krypčių: siekti švarios termobranduolinės sintezės energijos, taikant magnetinio sulaikymo metodus.“
„Auroros“ 20,4 petabaito atmintis leidžia atlikti gerokai didesnės raiškos ir tikslumo simuliacijas nei ankstesnėse sistemose, o skaičiavimai, kurie anksčiau trukdavo kelias dienas, dabar gali būti atlikti per kelias valandas.
„Šios mašinos nepadarys darbo už jus. Tai galingi įrankiai, tačiau jos taip pat parodo, ko dar nežinote“, – pabrėžia Tangas. – „Kol išliksime susitelkę ir turėsime gabių jaunų mokslininkų, dirbančių termobranduolinės sintezės srityje, į ateitį žvelgiu su dideliu optimizmu.“
