В 10 миллиардов раз быстрее: El Capitan меняет прогнозы цунами

Учёные из Ливерморской национальной лаборатории имени Лоуренса представили новую систему прогнозирования цунами в режиме реального времени, работающую на базе El Capitan — самого быстрого суперкомпьютера в мире. Разработчики считают, что эта технология способна значительно повысить эффективность раннего оповещения прибрежных районов, расположенных вблизи сейсмически активных зон.

El Capitan, созданный Национальным управлением по ядерной безопасности США, развивает теоретическую производительность до 2,79 квинтиллиона операций в секунду. Исследователи использовали всю мощь системы на заключительном этапе автономных вычислений перед переводом компьютера на задачи национальной безопасности. Целью стало формирование библиотеки физических моделей, описывающих связь между движением морского дна при землетрясениях и формированием цунами.

В проекте участвовали более 43 500 ускоренных процессоров AMD Instinct MI300A, что позволило смоделировать распространение акустико-гравитационных волн с беспрецедентным масштабом и точностью. Полученные данные дают возможность выполнять быстрые расчёты уже на относительно небольших вычислительных кластерах.

Команда применила метод высокоточной байесовской инверсии, который позволяет за считаные секунды — во время реального события — оценивать параметры землетрясения и прогнозировать развитие волны. Совместная работа с Институтом Одена Техасского университета в Остине и Институтом океанографии Скриппса Калифорнийского университета в Сан-Диего привела к созданию цифрового двойника цунами. Система использует данные датчиков давления морского дна и передовые методы моделирования, чтобы в реальном времени оценивать поведение волны и уровень неопределённости прогноза.

— Это первый цифровой двойник такого уровня сложности, работающий в реальном времени, — отметил Цанио Колев, специалист по вычислительной математике из LLNL.

По его словам, сочетание масштабного физического моделирования и статистических методов позволяет получать прогнозы с беспрецедентной скоростью. В ходе тестирования команда решила задачу с миллиардом параметров менее чем за 0,2 секунды, достигнув ускорения примерно в 10 миллиардов раз по сравнению с традиционными подходами.

Авторы исследования подчёркивают, что такая технология может иметь ключевое значение при землетрясениях в зоне субдукции Каскадия, где первые волны достигают берега уже через 10 минут после толчков. Быстрая и точная оценка позволит выиграть драгоценное время для эвакуации.

В основе разработки лежит библиотека MFEM с открытым исходным кодом, предназначенная для масштабируемого моделирования физических процессов с использованием графических процессоров. В демонстрации использовалась сетка с 55,5 триллионами степеней свободы, что стало новым рекордом в своём классе.

По словам Колева, завершив предварительные вычисления на сверхмощных системах, можно перейти к эксплуатации на более скромных кластерах, не теряя точности. Он также отметил, что метод байесовской инверсии применим не только к цунами, но и к мониторингу лесных пожаров, подземных загрязнений, прогнозированию космической погоды и другим задачам, где важна быстрая и достоверная оценка происходящего.