爱游戏app

En

新聞博覽

2021年12月02日
中國科大在新一代神威超級計算機上首次實現EAST和CFETR聚變堆全裝置動理學等離子體演化模擬

當地時間11月16日下午,中國科大入圍國際戈登?貝爾獎評選的超算應用成果 “Symplectic Structure-Preserving Particle-in-Cell Whole-Volume Simulation of Tokamak Plasmas to 111.3 Trillion Particles and 25.7 Billion Grids”,參加了在美國密蘇里州圣路易斯召開的全球超級計算大會(SC21)的線上答辯,報告了中國科大在新一代神威超級計算機上首次實現EAST(先進實驗超導托卡馬克)和CFETR(中國聚變工程試驗堆) “聚變堆全裝置動理學等離子體演化模擬”,這是中國科大首次作為第一完成單位入圍戈登?貝爾獎評選。戈登?貝爾獎是國際上高性能計算應用領域的最高學術獎項,被稱為“超算領域的諾貝爾獎”,由ACM(美國計算機學會)每年評選和頒發,具有巨大的國際影響力。此前,在10月22日舉辦的CCF(中國計算機學會)高性能計算學術年會(HPC China 2021)上,該成果獲得了2021年首屆“年度中國高性能計算最佳應用獎”。此項成果由核科學技術學院肖建元副研究員課題組與計算機科學與技術學院安虹教授課題組聯合攻關,在中國科學院合肥物質研究院等離子體物理研究所、中國科學院數學與系統科學研究院、國家超級計算無錫中心、北京大學和鄭州大學相關研究人員的緊密配合下完成。

入(ru)圍ACM Gorden Bell獎

獲得CCF 2021年首屆“年度中國高性能(neng)計算最佳應用獎”

能(neng)源(yuan)供應是21世紀人類面(mian)臨的(de)(de)(de)(de)最(zui)大挑戰(zhan)! 隨著世界(jie)化石能(neng)源(yuan)(煤,石油,天然氣等(deng))日趨(qu)枯竭,人類渴望獲得“取之不(bu)盡”的(de)(de)(de)(de)能(neng)源(yuan)以實現可(ke)持(chi)續發展。為了應對當前的(de)(de)(de)(de)能(neng)源(yuan)危(wei)機和(he)環境(jing)問題,世界(jie)各國投入巨大的(de)(de)(de)(de)人力(li)和(he)物力(li)開發風能(neng)、水(shui)能(neng)、太陽能(neng)等(deng)新能(neng)源(yuan),以降低化石能(neng)源(yuan)在能(neng)源(yuan)結(jie)構中(zhong)所占的(de)(de)(de)(de)比(bi)重。而(er)聚變能(neng)具(ju)有(you)燃料(liao)豐(feng)富(地球上氘氚儲量無限)、清潔(排放無污染(ran))、安全性高(輻(fu)射危(wei)害極(ji)小(xiao))、能(neng)量密度(du)大等(deng)突出優點,是解決未來能(neng)源(yuan)問題最(zui)有(you)希(xi)望的(de)(de)(de)(de)途徑,被(bei)認為是人類的(de)(de)(de)(de)終極(ji)能(neng)源(yuan)。

目前,在受控(kong)聚變(bian)領域最主流(liu)的磁(ci)約(yue)束(shu)Tokamak裝置中,由于中心等離子(zi)體(ti)溫度(du)(du)(du)需要達到一億度(du)(du)(du)以(yi)上,而(er)外部約(yue)束(shu)超導磁(ci)體(ti)則需要在接(jie)近絕對(dui)零度(du)(du)(du)的環境中,超高的溫度(du)(du)(du)與壓強梯(ti)度(du)(du)(du)會驅動各(ge)種(zhong)等離子(zi)體(ti)中的不穩(wen)定性(xing)從而(er)破壞(huai)約(yue)束(shu)。如何更(geng)精確地(di)模擬磁(ci)約(yue)束(shu)等離子(zi)體(ti)長時間(jian)演化以(yi)便設計更(geng)經濟(ji)而(er)約(yue)束(shu)性(xing)能更(geng)好的Tokamak裝置一直是一個難點(dian)。

愛游戲app和合肥物質科學研究院是合肥綜合性國家科學中心的核心建設單位,也是中國核聚變研究的重要基地。愛游戲app是國家磁約束聚變堆總體設計組的依托單位,成立了磁約束聚變堆設計研究中心,協同全國相關單位進行CFETR工程概念設計。中國科大與中科院數學與系統科學研究院合作,基于上世紀80年代由我國數學家馮康先生提出的保辛結構算法理論,發展了一套針對等離子體帶電粒子-電磁場系統具有長期守恒性質的顯式高階非正則辛Particle-in-Cell格式;自主設計了SymPIC等離子體帶電粒子-電磁場系統的大規模保結構動理學數值模擬軟件;通過在算法、軟件棧和自動向量化等方面進行一系列關鍵技術創新,在新一代神威超級計算機首次對EAST(由等離子體所自行設計研制的國際首個非圓截面全超導托卡馬克核聚變實驗裝置)和CFETR全裝置等離子體演化實現了最大規模的長時間高保真模擬,已用于計算波在等離子體中的傳播、電流驅動、隨機加熱等現象并獲得了比傳統算法更加可靠的非線性長期結果。相關應用研究成果“Structure-preserving particle-in-cell simulation of lower hybrid wave propagation and heating in the magnetic mirror”已發表在Nuclear Fusion上;“Structure-preserving electromagnetic–kinetic simulations of lower hybrid-wave injection and current drive”已發表在Plasma Physics and Controlled Fusion上。

對EAST和CFETR全裝置等離子體演化模(mo)擬結果

與(yu)同(tong)(tong)類但(dan)傳統的(de)(de)(de)PIC模(mo)擬軟(ruan)(ruan)(ruan)件(jian)(jian)相(xiang)比,SymPIC軟(ruan)(ruan)(ruan)件(jian)(jian)具有無(wu)可比擬的(de)(de)(de)長期數(shu)值(zhi)(zhi)穩定性(xing)(xing)優(you)勢,克服了一(yi)直困擾傳統PIC模(mo)擬軟(ruan)(ruan)(ruan)件(jian)(jian)中(zhong)的(de)(de)(de)數(shu)值(zhi)(zhi)自(zi)加熱問題。由于(yu)辛算法相(xiang)關的(de)(de)(de)研(yan)究(jiu)非常前沿,并且我(wo)們使用了自(zi)主研(yan)發的(de)(de)(de)領域(yu)專用語言及軟(ruan)(ruan)(ruan)件(jian)(jian)棧(zhan)優(you)化技術,國際上尚無(wu)同(tong)(tong)類的(de)(de)(de)商(shang)業軟(ruan)(ruan)(ruan)件(jian)(jian),只有少數(shu)研(yan)究(jiu)組有自(zi)己的(de)(de)(de)程序,但(dan)效率、可擴展(zhan)(zhan)性(xing)(xing)均無(wu)法與(yu)我(wo)們的(de)(de)(de)程序相(xiang)比。該軟(ruan)(ruan)(ruan)件(jian)(jian)適用于(yu)研(yan)究(jiu)等(deng)離(li)子體(ti)動理學復雜演化,目前主要用于(yu)研(yan)究(jiu)高溫Tokamak等(deng)離(li)子體(ti)的(de)(de)(de)邊(bian)界湍流、不穩定性(xing)(xing)、輸(shu)運、非線(xian)性(xing)(xing)波加熱等(deng)問題。未來隨著超級計(ji)算機算力達到(dao)(dao)10E級,模(mo)擬的(de)(de)(de)分(fen)辨率將進一(yi)步提升,我(wo)們可以把研(yan)究(jiu)擴展(zhan)(zhan)到(dao)(dao)更強磁(ci)場的(de)(de)(de)Tokamak等(deng)離(li)子體(ti),探索(suo)強磁(ci)場中(zhong)的(de)(de)(de)反(fan)常輸(shu)運、不穩定性(xing)(xing)等(deng)重要問題,研(yan)究(jiu)燃燒等(deng)離(li)子體(ti)科學中(zhong)以前無(wu)法解決的(de)(de)(de)新問題,描述等(deng)離(li)子體(ti)放(fang)電從(cong)啟(qi)動到(dao)(dao)終止的(de)(de)(de)整個(ge)演化過程。

發展聚(ju)變(bian)(bian)能(neng)是(shi)構建國家能(neng)源體(ti)系的(de)(de)重(zhong)要途徑,可為碳中和、碳達峰(feng)的(de)(de)實現做出重(zhong)大貢獻。隨著美、日、歐等(deng)發達國家加快聚(ju)變(bian)(bian)堆從科學研究(jiu)到商業化(hua)轉變(bian)(bian)的(de)(de)步伐(fa),盡早實現聚(ju)變(bian)(bian)堆全裝(zhuang)置的(de)(de)模(mo)擬(ni)、建模(mo)與實驗(yan)驗(yan)證的(de)(de)一體(ti)化(hua),對于我國在(zai)聚(ju)變(bian)(bian)能(neng)開發領(ling)域(yu)保持世界領(ling)先地位具重(zhong)要而迫切的(de)(de)研究(jiu)意(yi)義。

論文鏈(lian)接(jie):

[1]

[2]

[3]


(計算機科(ke)(ke)學(xue)(xue)與技(ji)術(shu)學(xue)(xue)院、核科(ke)(ke)學(xue)(xue)技(ji)術(shu)學(xue)(xue)院、科(ke)(ke)研部)

相關新聞
11月30日,愛游戲體育登錄舉行包河區、蜀山區人大代表換屆選舉正式投票工作。本次選舉投票愛游戲體育登錄分為包河、蜀山兩個...