作者丨施方圓

編輯丨陳彩嫻

2022 年 11 月 17 日，高性能計(jì)算領(lǐng)域的最高榮譽(yù)之一“戈登貝爾獎(jiǎng)”公布，來(lái)自法國(guó)、日本和美國(guó)的16人國(guó)際團(tuán)隊(duì)獲獎(jiǎng)。

獲獎(jiǎng)原因是：在超算上實(shí)現(xiàn)突破性的網(wǎng)格細(xì)化粒子細(xì)胞模擬，推動(dòng)激光電子加速器設(shè)計(jì)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(tuán)隊(duì)將獲得由 HPC 名人 Gordon Bell 提供的 1 萬(wàn)美元獎(jiǎng)金。獎(jiǎng)金不高，榮譽(yù)物無(wú)價(jià)。

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

這個(gè)國(guó)際團(tuán)隊(duì)主要用 Frontier 、 Fugaku 、 Summit 和 Perlmutter 四臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)對(duì)等離子加速器技術(shù)進(jìn)行深入的研究。其中一個(gè)作者 Vay 解釋?zhuān)?/span>

“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(kāi)大門(mén)。利用世界上最強(qiáng)大的超級(jí)計(jì)算機(jī)來(lái)推動(dòng)研究，使這些復(fù)雜的機(jī)器成為現(xiàn)實(shí)，對(duì)我們所有人來(lái)說(shuō)都很刺激?！?/span>

而胞中粒子法（ PIC ）是高性能計(jì)算中的一項(xiàng)技術(shù)，用于模擬帶電粒子或等離子體的運(yùn)動(dòng)。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(jí)計(jì)算機(jī)擴(kuò)展了 PIC 模擬的視野。根據(jù)論文的摘要，該團(tuán)隊(duì)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(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)上優(yōu)化的動(dòng)力學(xué)等離子體模擬。

研究團(tuán)隊(duì)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(jí)計(jì)算機(jī)上優(yōu)化的動(dòng)力學(xué)等離子體模擬。

WarpX PIC 代碼中實(shí)現(xiàn)的主要?jiǎng)?chuàng)新包括：

1、三級(jí)并行化策略，展示了在數(shù)百萬(wàn)個(gè) A64FX 內(nèi)核和數(shù)萬(wàn)個(gè) AMD 和 Nvidia GPU 上的性能可移植性和擴(kuò)展性；

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

3、多個(gè) MR 級(jí)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(wú)法實(shí)現(xiàn)的。

在論文文末獲獎(jiǎng)團(tuán)隊(duì)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(jì)算成本，是邁向激光-等離子體相互作用建模新時(shí)代的一個(gè)里程碑式的墊腳石?！?/span>

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