作者丨施方圓

編輯丨陳彩嫻

2022 年 11 月 17 日，高性能計算領(lǐng)域的最高榮譽之一“戈登貝爾獎”公布，來自法國、日本和美國的16人國際團隊獲獎。

獲獎原因是：在超算上實現(xiàn)突破性的網(wǎng)格細(xì)化粒子細(xì)胞模擬，推動激光電子加速器設(shè)計的發(fā)展。

相關(guān)工作成果介紹體現(xiàn)在論文“Pushing the Frontier in the Design of Laser-Based Electron Accelerators with Groundbreaking Mesh-Refined Particle-In-Cell Simulations on Exascale-Class Supercomputers”中。

獲勝團隊將獲得由 HPC 名人 Gordon Bell 提供的 1 萬美元獎金。獎金不高，榮譽物無價。

論文地址：https://www.computer.org/csdl/pds/api/csdl/proceedings/download-article/1I0bSKaoECc/pdf

這個國際團隊主要用 Frontier 、 Fugaku 、 Summit 和 Perlmutter 四臺超級計算機對等離子加速器技術(shù)進(jìn)行深入的研究。其中一個作者 Vay 解釋：

“等離子體加速器技術(shù)有可能提供比現(xiàn)有粒子加速器更緊湊的粒子加速器，為科學(xué)、工業(yè)、安全和健康領(lǐng)域的新應(yīng)用打開大門。利用世界上最強大的超級計算機來推動研究，使這些復(fù)雜的機器成為現(xiàn)實，對我們所有人來說都很刺激。”

而胞中粒子法（ PIC ）是高性能計算中的一項技術(shù)，用于模擬帶電粒子或等離子體的運動。PIC 在許多領(lǐng)域都有應(yīng)用，包括核聚變、加速器、空間物理學(xué)和天體物理學(xué)。最近推出的 exascale 級計算機擴展了 PIC 模擬的視野。根據(jù)論文的摘要，該團隊展示了一種首創(chuàng)的網(wǎng)格細(xì)化（ MR ）大規(guī)模并行 PIC 代碼，用于在 Frontier、Fugaku、Summit 和 Perlmutter 四臺超級計算機上優(yōu)化的動力學(xué)等離子體模擬。

研究團隊提出一種首創(chuàng)的網(wǎng)格細(xì)化 （ MR ）大規(guī)模并行胞中粒子 (PIC) 代碼，用于在 Frontier、Fugaku、Summit 和 Perlmutter 超級計算機上優(yōu)化的動力學(xué)等離子體模擬。

WarpX PIC 代碼中實現(xiàn)的主要創(chuàng)新包括：

1、三級并行化策略，展示了在數(shù)百萬個 A64FX 內(nèi)核和數(shù)萬個 AMD 和 Nvidia GPU 上的性能可移植性和擴展性；

2、在論文中突破性的網(wǎng)格細(xì)化功能，將計算成本節(jié)省了 1.5 到 4 倍；

3、多個 MR 級別之間的有效負(fù)載平衡策略。

MR PIC 代碼啟用了 Frontier 、 Fugaku 和 Summit 上激光與物質(zhì)相互作用的 3D 模擬，這是迄今為止標(biāo)準(zhǔn)代碼無法實現(xiàn)的。

在論文文末獲獎團隊表示，“在大規(guī)模電磁 PIC 模擬中使用網(wǎng)格細(xì)化是第一次，代表了一種范式轉(zhuǎn)變，論文中的模型用網(wǎng)格細(xì)化節(jié)省了 1.5 倍到 4 倍的計算成本，是邁向激光-等離子體相互作用建模新時代的一個里程碑式的墊腳石。”

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