Энергия звезд достигает Земли благодаря высокопроизводительному хранилищу HPE

Некоторые суперкомпьютеры сталкиваются с задачей по обработке колоссальных объемов данных.

Например, команда из Принстонской лаборатории физики плазмы (PPPL) провела одно моделирование на суперкомпьютере Summit Национальной лаборатории Ок-Ридж, которое сгенерировало 200 ПБ данных. Если вы не знакомы с петабайтами, то это число соответствует 200 000 000 гигабайт данных!

Для чего же кому-то работать с симуляциями, генерирующими такие объемы данных, которые нужно где-то хранить и анализировать? Скорее всего это связано с чем-то важным, верно?

Если коротко, то эта работа связана с доставкой источника энергии заезд на Землю. Термоядерный синтез, ядерная реакция, питающая Солнце и звезды, являются потенциальными источниками безопасной, непрерывной и практически безграничной энергии без выбросов углерода.

Использование мощности термоядерного синтеза является целью Международного термоядерного экспериментального реактора (ИТЭР), который был разработан в качестве ключевого экспериментального шага между сегодняшними исследовательскими машинами для термоядерного синтеза и будущими термоядерными электростанциями.

Каким образом 35-летний проект с участием 35 стран был назван самым дорогим научным экспериментом всех времен, самым сложным инженерным проектом в истории человечества и одним из самых амбициозных проектов человеческого сотрудничества с момента создания Международной космической станции.

В условиях растущей озабоченности по поводу изменения климата нам нужны новые, более эффективные способы удовлетворения растущего спроса человечества на энергию. Преимущества термоядерного синтеза делают его чрезвычайно привлекательным вариантом, заслуживающим внимания:

• Нет выбросов углерода. Единственными побочными продуктами термоядерных реакций являются небольшие количества гелия, инертного газа, который можно безопасно высвобождать, не нанося вреда окружающей среде.Обилие топлива. Дейтерий можно извлекать из морской воды, а тритий будет производиться внутри электростанции из лития, элемента, которого много в земной коре. Даже при широком внедрении термоядерных электростанций этих запасов топлива хватило бы на многие тысячи лет.Энергоэффективность. Один килограмм термоядерного топлива может обеспечить такое же количество энергии, как 10 миллионов килограммов ископаемого топлива. Термоядерной электростанции мощностью 1000 мегаватт потребуется менее одной тонны топлива в течение года работы.
• Нет радиоактивных отходов, кроме деления. Побочный продукт реакции синтеза не содержит радиоактивных отходов.
• Безопасность. В термоядерном реакторе невозможна крупномасштабная ядерная авария. Количество топлива, используемого в термоядерных устройствах, очень мало (около веса почтовой марки). Кроме того, поскольку процесс синтеза трудно начать и поддерживать, отсутствует риск неконтролируемой реакции, которая может привести к расплавлению. Термоядерный реактор просто останавливается, когда возникает проблема.
• Постоянная выработка электроэнергии. Термоядерные электростанции будут разработаны для непрерывного производства большого количества электроэнергии. Прогнозируется, что после появления на рынке затраты будут в целом аналогичны другим источникам энергии.

Один миллион компонентов, 10 миллионов деталей..., термоядерный реактор ИТЭР станет самым большим и самым мощным термоядерным устройством в мире. Разработанный для производства 500 мегаватт термоядерной энергии на 50 мегаватт входной тепловой мощности (коэффициент усиления мощности равен 10) к 2035 году, он займет свое место в истории как первое термоядерное устройство на Земле для создания чистой энергии.

Сейчас во Франции идет строительство ИТЭР. На площадке ИТЭР занимает много места, поскольку комплектующие доставляются с заводов на трех континентах. Около 2500 рабочих участвуют в строительных, сборочных и монтажных работах.

Слияние было бы невозможно без суперкомпьютеров

В то время как сегодняшние суперкомпьютеры петамасштаба помогли достичь того, что мы имеем сейчас, ученые, работающие над тем, чтобы сделать чистую, обильную энергию доступной для всего человечества, постоянно ищут еще более быстрые суперкомпьютеры для ускорения этого прогресса.

Ранее в этом году суперкомпьютер Frontier построенный компанией HPE в ORNL достиг исторического рубежа, преодолев экзафлопсный барьер и разогнавшись до полных 1,1 эксафлопса — быстрее, чем следующие семь систем в списке Top500 вместе взятых.

Вот что сказал в недавнем интервью Амитава Бхаттачарджи , главный исследователь по моделированию всего устройства магнитно-ограниченной термоядерной плазмы (WDMApp) в проекте Exascale Computing Project, когда его спросили о том, что новый суперкомпьютер Frontier позволит ему делать:

«Мы с нетерпением ждем Frontier, потому что впервые в истории вычислительной техники мы сможем попытаться с высокой точностью создать целостную модель плазмы токамака, используя уравнения, охватывающие всю область плазмы. Прогнозы, которые мы можем сделать на основе такого моделирования, действительно важны для реализации ИТЭР и его максимального потенциала».

Где появляется высокопроизводительное хранилище

Когда дело доходит до моделирования с большим объемом данных, важна не только производительность вычислений, но и возможность сохранять результаты моделирования в быстрых файловых системах для дальнейшего анализа.

Если обратить внимание на команду PPPL, их моделирование используется для прогнозирования конструкции термоядерного реактора ИТЭР, чтобы удалить выхлопную головку из вакуумного корпуса реактора.

Каждая из симуляций ИТЭР команды состояла из 2 триллионов деталей и более 1000 временных шагов, для завершения которых требовалась большая часть вычислительных сил Summit и один полный день или дольше. Данные, сгенерированные в результате одной симуляции, могут достигать колоссальных 200 Пбайт, занимая почти все хранилище файловой системы Summit.

В недавнем интервью руководитель группы моделирования CS Chang рассказал о проблемах, связанных с хранением данных.

«Файловая система Summit содержит только 250 петабайт данных для всех пользователей. Нет никакого способа передать все эти данные в файловую систему, и нам обычно приходится записывать некоторые части физических данных на 10 или более частей, оставляя важный для нас шаг и отбрасывая результаты других шагов».

Это ограничение на стороне хранения оказалось сложной задачей для команды, находившей новые научные данные в исследованиях, которые не были сохранены в первом моделировании. Чанг также сказал, что хотел бы видеть надежные технологии сжатия данных с большим коэффициентом сжатия.

Есть очень хорошие новости для Чанга и его команды:

Во-первых, в то время, как система хранения данных суперкомпьютера Summit имеет «всего» 250 ПБ полезной емкости, система хранения данных суперкомпьютера Frontier, основанная на технологии Cray ClusterStor E1000, предлагает почти 700 ПБ полезной емкости для поддержки моделирования, требующего больших объемов данных.

И, во-вторых, недавно HPE сделала функцию сжатия данных доступной в качестве опции для системы хранения Cray ClusterStor E1000, чтобы помочь справиться с неумолимым взрывом данных, вызванным все возрастающей сложностью моделирования.

Но суперкомпьютерное хранилище — это не только размер файловой системы. Оно также должно очень быстро записывать результаты моделирования в файловую систему или — если вы обучаете большие модели ИИ в масштабе — иметь возможность считывать огромные объемы данных с высокой скоростью. И, конечно же, оно должно делать все это очень рентабельным способом.

Мы желаем всем блестящим ученым на голубой планете, которые работают над доставкой источника энергии звезд на Землю, всего наилучшего. И для нас большая честь, что мы можем внести небольшой вклад в эту важную инициативу с помощью суперкомпьютеров и мощных систем хранения данных.