Специалисты из Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) совместно с Национальным управлением по ядерной безопасности (National Nuclear Security Administration, NNSA) разработали передовую систему прогнозирования цунами в реальном времени. В основе системы — суперкомпьютер El Capitan, обладающий теоретической пиковой производительностью 2,79 квинтиллиона вычислений в секунду.
Основные этапы разработки
- Предварительные вычисления. Исследователи использовали более 43 500 ускорителей обработки (APU) AMD Instinct MI300A для решения задач распространения акустико-гравитационных волн в экстремальных масштабах. Это позволило создать обширный набор данных, который используется для прогнозирования цунами в реальном времени на гораздо меньших системах.
- Решение обратной задачи. Команда смогла решить задачу с миллиардом параметров за менее чем 0,2 секунды, что позволило точно предсказывать высоту волн цунами с поразительным ускорением в 10 миллиардов раз по сравнению с существующими методами.
Особенности системы
- Моделирование. Система использует данные с датчиков давления на морском дне и решает полнофизическую модель распространения акустико-гравитационных волн в океане. Это позволяет моделировать воздействие землетрясений на океанское дно и прогнозировать поведение цунами в реальном времени.
- Цифровой двойник. Разработаны модели «цифрового двойника» цунами, которые учитывают данные датчиков давления и передовые физические модели. Это обеспечивает более точное и быстрое прогнозирование.
Преимущества системы
- Улучшение систем раннего предупреждения. Система может радикально улучшить системы экстренного реагирования и спасти жизни, формируя основу для систем раннего предупреждения следующего поколения.
- Быстрое реагирование. В случае прибрежных событий, таких как землетрясение магнитудой 8,0 или выше в зоне субдукции Каскадия на северо-западе Тихого океана США, первые разрушительные волны могут достичь побережья в течение 10 минут. Система позволяет принимать решения до того, как цунами достигнет берега.
Заключение
Традиционные системы предупреждения о цунами часто полагаются на сейсмические и геодезические данные для определения магнитуды и местоположения землетрясения. Однако они используют упрощённые модели, которые не учитывают сложность разрывов разломов, что может привести к ложным тревогам или опасно поздним предупреждениям. Подход команды использует данные с датчиков давления на морском дне и решает полнофизическую модель распространения акустико-гравитационных волн в океане в рекордные сроки.
Система основана на открытой библиотеке конечных элементов MFEM, разработанной LLNL, которая позволяет проводить масштабируемые, ускоренные на GPU симуляции многих физических явлений, включая распространение акустико-гравитационных волн в океане.