Il Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti ha assegnato un totale di oltre sette milioni di ore nodo sul supercomputer Summit a 20 gruppi di ricerca.
Immagine: IBM
Il gigante dell'energia General Electric (GE) utilizzerà uno dei supercomputer più potenti del mondo, l'IBM's Summit, per eseguire due nuovi progetti di ricerca che potrebbero aumentare la produzione di energia più pulita.
Il mese scorso, il Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti (DoE), che ospita il Summit all'Oak Ridge National Laboratory, ha assegnato un totale di oltre sette milioni di ore nodo sul supercomputer a 20 gruppi di ricerca, due dei quali appartengono a Ricerca GE.
Il sistema di supercalcolo Summit è il secondo più potente al mondo, dietro al supercomputer Fugaku situato in Giappone. Costruito da IBM, Summit vanta una potenza di sistema equivalente a 70 milioni di iPhone 11, che gli scienziati possono sfruttare per eseguire calcoli di grandi dimensioni come la simulazione del comportamento dei sistemi o la risoluzione di complessi problemi di fisica.
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GE ha ora sollevato il velo sui due progetti che sono stati selezionati dal DoE per l'esecuzione su Summit, ed entrambi affronteranno i punti critici nella generazione di energia rinnovabile.
Un team, guidato dal ricercatore GE Jing Li, ha ricevuto 240.000 ore nodo per far progredire la ricerca nel campo dell'energia eolica offshore. Utilizzando il supercomputer Summit, Li spera di essere in grado di eseguire simulazioni complesse per studiare nuovi modi di controllare e far funzionare le turbine offshore per ottimizzare al meglio la produzione eolica.
In particolare, il team di Li esaminerà un fenomeno del vento noto come getti costieri di basso livello, che si verificano lungo molte coste e possono influenzare le prestazioni e l'affidabilità delle turbine eoliche offshore. Grazie a modelli computazionali ad alta fedeltà, i ricercatori simuleranno le interazioni tra parchi eolici e getti costieri di bassa quota, per dare forma a progetti futuri e più efficienti per i parchi.
I risultati saranno utilizzati anche per guidare il progetto ExaWind del DoE, progettato per accelerare l'implementazione negli Stati Uniti di impianti eolici onshore e offshore.
Fare ciò richiede una comprensione precisa dei modi in cui i fenomeni del vento naturale interagiscono con l'infrastruttura costruita. La simulazione di queste interazioni, tuttavia, ha un grande costo computazionale, a causa dei molti fattori in gioco. La maggior parte dei progetti di ricerca è attualmente in grado di prevedere solo il comportamento di un piccolo numero di turbine.
Il progetto ExaWind mira a generare simulazioni predittive di parchi eolici con decine di turbine eoliche su scala megawatt disperse su un'area di molti chilometri quadrati con terreno complesso, un calcolo che potrebbe comportare simulazioni con un massimo di 100 miliardi di punti della griglia.
L'enorme potenza di calcolo che è stata concessa al team di Li con Summit è, quindi, un passo promettente verso il raggiungimento della sfida ExaWind.
Il ricercatore GE Michal Osusky ha anche ricevuto altre 256.000 ore nodo su Summit per un progetto di ricerca separato che si concentra sull'applicazione di metodi di apprendimento automatico per migliorare la progettazione di macchine fisiche come motori a reazione o turbine per la generazione di energia.
Combinando l'apprendimento automatico e la simulazione, il team di Osusky potrebbe imitare rapidamente i motori del mondo reale ed eseguire test virtuali per verificare i progetti più velocemente rispetto ai mezzi convenzionali.
“Queste simulazioni fornirebbero una visione senza precedenti di ciò che sta accadendo in queste macchine complesse, ben oltre ciò che è possibile attraverso i test sperimentali di oggi”, ha affermato Osusky. “La speranza è di poter utilizzare una piattaforma come questa per accelerare il processo di scoperta e convalida di progetti di motori più puliti ed efficienti che promuovano ulteriormente i nostri obiettivi di decarbonizzazione”.
Fare il tifo per un futuro exascale
Il supercomputer Summit, con i suoi 200 petaflop di potenza di calcolo, probabilmente spingerà in modo significativo gli sforzi di ricerca di Li e Osusky, ma GE ha già i suoi occhi su sistemi ancora più grandi.
Il DoE sta effettivamente investendo nella prossima generazione di supercalcoli, nota come exascale, e che farà riferimento a sistemi in grado di eseguire un quintilione di calcoli al secondo. L'Oak Ridge National Laboratory è attualmente in procinto di lanciare il primo sistema di esascala degli Stati Uniti, chiamato Frontier.
Previsto per il debutto nel 2021 e per l'apertura agli utenti nel 2022, Frontier è un dispositivo da 600 milioni di dollari che offrirà prestazioni di 1,5 exaflop, ovvero 50 volte più veloce dei migliori supercomputer di oggi. Sono già stati selezionati otto progetti di ricerca per ottenere l'accesso anticipato al sistema. Si va dalla simulazione di una galassia simile alla Via Lattea allo studio del modo in cui i virus entrano nelle cellule ospiti, attraverso la comprensione delle proprietà universali della turbolenza.
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Altri laboratori in tutto il paese stanno anche correndo per lanciare dispositivi exascale. L'Argonne National Laboratory, ad esempio, ha collaborato con HPE per fornire un sistema exascale chiamato Polaris.
E GE è desiderosa di partecipare all'aggiornamento quando i supercomputer exascale saranno online. “Le agenzie governative hanno collaborato con l'industria e i partner accademici per spingere la forza lavoro e l'ecosistema della scienza computazionale e dell'ingegneria dalla gigascala degli anni '90 attraverso la terascala fino alla petascala di oggi e all'imminente exascala – ogni salto di 'scala' 1.000 volte la capacità del precedente, ” ha affermato Richard Arthur, direttore senior della ricerca sui metodi computazionali presso GE Research.
“La meraviglia delle scoperte esponenziali sostenute nelle tecnologie hardware e software, che durano da decenni, trasforma la modellazione computazionale in uno strumento fondamentale per le intuizioni scientifiche”.
Alcuni esperti, tuttavia, hanno precedentemente espresso dubbi sul fatto che la rivoluzione dell'esascala sia vicina. Eric Strohmaier, uno degli autori della consolidata Top500 list, che elenca regolarmente i 500 supercomputer più potenti del mondo, ha recentemente previsto che non ci si dovrebbe aspettare un supercomputer in grado di raggiungere un exaflop prima della seconda metà del 2020 – un previsione che alcuni dei suoi colleghi hanno descritto come ottimista.
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