蛇口から出てくる水から飛行機を推進するジェット エンジンの化学反応まで、乱気流は私たちの日常生活に影響を与えます。ジョージア工科大学の研究者たちは、自然と工学をより深く理解するのに役立つ可能性のある単純化された設定で乱流の複雑な物理学を研究しています。

最も基本的なところでは、乱気流時間と三次元空間の両方で広範囲のスケールにわたる無秩序な変動で構成されます。これらの複雑さは、多くの基本的な側面がまだ理解されていないことを意味します。コンピューターは謎を解明するのに役立ちますが、数値シミュレーション正確な物理法則に基づくものは常に非常にリソースを消費します。彼らの課題は、まれで非常に大きな変動を調査するときに最大になります。

現在、1 秒あたり 100 京回の演算が可能な世界初、そして現在でも最速のエクサスケール コンピューターであるフロンティアは、研究者が乱流をより深く理解するのに役立っています。

「乱流は非常に複雑で、理論は不完全で、実験室での測定は困難です」とP.K.Yeung 氏は、ダニエル・グッゲンハイム航空宇宙工学大学院の教授であり、ジョージ・W・ウッドラフ機械工学大学院との厚意による兼務です。

「Frontier の 5 兆を超えるグリッド ポイントという世界をリードする解像度は、新たな発見につながることが期待されており、それによって仮説と予測の両方を数値的にテストできるモデリングの進歩が促進されます。」

Yeung 氏と彼のチームは、初めてオンラインになったときにオークリッジ国立研究所にあるフロンティアにアクセスし、米国エネルギー省科学局が運営する INCITE プログラムからマシンに多くの時間を割り当てられました。Frontier のパワーは主に、高速に計算する強力なグラフィック プロセッシング ユニット (GPU) にあります。

Yeung のグループは、Frontier の機能を最大限に活用して非常に高解像度でのシミュレーションを実現可能かつ効率的にするために特別に設計された、非常に成功したアルゴリズムについて説明した雑誌記事を発表しました。研究というのは、出版された日記でコンピュータ物理通信。「多くの科学分野では、この規模の計算は不可能だと人々は考えていましたが、現在はおそらく予想よりも早く、そこに到達しています」とYeung氏は述べた。

「乱流シミュレーションに関する私たちの研究は、他の分野、特にいわゆる擬似スペクトル法が重要な分野でも興味深い高度な GPU プログラミングのいくつかの原理を実証しています。私たちの極端なスケールのシミュレーションの科学的影響は、公開データによってさらに強化されることが期待されています」

-国立科学財団が支援するジョンズ・ホプキンス乱流データベース・プロジェクトと提携して共有。」

詳細情報:PKYeung ら、GPU 対応の極限スケール乱流シミュレーション: OpenMP オフロードを使用したエクサスケールでのフーリエ擬似スペクトル アルゴリズム、コンピュータ物理通信（2024年）。DOI: 10.1016/j.cpc.2024.109364