На данный момент междисциплинарная несколько исследователей из национальных лабораторий Лоуренса Беркли (Лаборатория Беркли) и Лоуренса Ливермора (LLNL) Министерства энергетики (DOE), и Калифорнийского университета в Дэвисе формирует первые в истории комплексные код моделирования для физики и точного отображения геологии региональных землетрясений, и того, как сотрясение воздействует на строения. Эта работа есть частью проекта DOE Exascale Computing Project (ECP), что направлен на большое применение преимуществ exascale — суперкомпьютеров будущего, каковые будут в 50 раз стремительнее, чем самая замечательная совокупность нашей страны сейчас, — для экономической конкурентоспособности, науки и национальной безопасности США. открытие.«Из-за вычислительных ограничений текущее геофизическое моделирование на региональном уровне в большинстве случаев разрешает перемещения грунта с частотой 1-2 герц (вибрации в секунду). В конечном счете мы желали бы иметь оценки перемещения порядка 5-10 герц, дабы совершенно верно фиксировать динамическое реагирование на широкий спектр объектов инфраструктуры », — говорит Дэвид МакКаллен, возглавляющий проект, поддерживаемый ECP, называющиеся« Высокопроизводительное многодисциплинарное моделирование для оценки сейсмической опасности и рисков регионального масштаба ». Он кроме этого есть приглашенным ученым в Области наук о Земле и окружающей среде Лаборатории Беркли.
Одной из самые важных переменных, каковые воздействуют на повреждение строений землетрясением, есть частота сейсмических волн либо частота, с которой волна землетрясения повторяется каждую секунду. сооружения и Здания по-различному реагируют на определенные частоты. Громадные конструкции, такие как небоскребы, путепроводы и мосты на автомагистралях, чувствительны к низкочастотным сотрясениям, в то время как более небольшие конструкции, такие как дома, скорее будут повреждены высокочастотными сотрясениями, каковые колеблются от 2 до 10 герц и выше.
МакКаллен отмечает, что моделирование высокочастотных землетрясений требует громадных вычислительных ресурсов и требует экзадачных компьютеров.В рамках подготовки к эксафлопии МакКаллен трудится с Хансом Йохансеном, исследователем из отдела вычислительных изучений (CRD) лаборатории Беркли, и другими над обновлением существующего кода SW4, что имитирует распространение сейсмических волн, дабы воспользоваться преимуществами новейших суперкомпьютеров, таких как совокупность Cori Национального научно-вычислительного центра энергетических изучений (NERSC). Эта многоядерная совокупность содержит 68 процессорных ядер на чип, практически 10 000 узлов и новые типы памяти. NERSC — это национальный пользовательский центр Управления науки Министерства энергетики США, управляемый лабораторией Беркли.
Код SW4 был создан группой исследователей из LLNL во главе с Андерсом Петерсоном, что кроме этого участвует в работе над эксафлопсами.Благодаря недавним обновлениям SW4, коллаборация удачно смоделировала землетрясение магнитудой 6,5 на разломе Хейворд в Калифорнии с частотой 3 Гц на суперкомпьютере Cori NERSC приблизительно за 12 часов с 2048 узлами Knights Landing. Это первое в собственном роде моделирование кроме этого зафиксировало действие этого перемещения грунта на строения в радиусе 100 квадратных километров (км) от разрыва, и на 30 км под почвой.
Исследователи сохраняют надежду запустить ту же модель с будущими эксафлопсными совокупностями с разрешением 5-10 герц приблизительно за пять часов либо меньше.«В конечном счете мы желали бы взять значительно более широкую область, более высокое разрешение по частоте и сократить время моделирования», — говорит МакКаллен. «Мы знаем, что метод разрушения разлома есть серьёзным причиной в определении того, как строения реагируют на сотрясение, и, потому, что мы не знаем, как разломится разлом Хейворда, либо правильную геологию района залива, нам необходимо запустить множество симуляций для изучения разных сценариев.
Ускорение отечественных симуляций на экзафлопсных совокупностях разрешит нам это сделать ».Эта работа была размещена в недавнем выпуске издания «Компьютеры в технике и науке» Университета инженеров по радиоэлектронике и электротехнике (IEEE).Прогнозирование землетрясений: прошлое, будущее и настоящееИсторически сложилось так, что исследователи применяли эмпирический подход к оценке перемещений грунта и того, как сотрясения воздействуют на конструкции.
Исходя из этого, дабы угадать, как землетрясение повлияет на инфраструктуру в районе Сан-Франциско, исследователи смогут посмотреть на прошлое событие приблизительно для того чтобы же размера — оно имело возможность кроме того случиться где-то в другом месте — и применять эти наблюдения для прогнозирования перемещения грунта в Сан-Франциско. . После этого они выбирали кое-какие параметры из этих симуляций на базе эмпирического анализа и предполагали, как это может оказать влияние на разные строения.«Неудивительно, что в некоторых случаях данный способ трудится не так прекрасно, — говорит МакКаллен. «Любой участок неповторим — геологический состав возможно различным, разломы смогут быть ориентированы по-различному и без того потом. Так, отечественный подход содержится в применении геофизических изучений к суперкомпьютерному и точному моделированию физики, лежащей в базе этих процессов».Для этого инструмент, разрабатываемый командой проекта, применяет способ дискретизации, что дробит Почву на миллиарды территорий.
Любая территория характеризуется комплектом геологических особенностей. После этого моделирование вычисляет перемещение поверхности для каждой территории.
Владея правильным пониманием перемещения поверхности в данной территории, исследователи кроме этого приобретают более правильные оценки того, как сотрясение повлияет на строение.На протяжении последнего моделирования, совершённого командой в NERSC, область размером 100 x 100 x 30 км была поделена на 60 миллиардов территорий. Моделируя 30 км под местом разрыва, команда может уловить, как геология поверхностного слоя воздействует на здания и движения грунта. В итоге, исследователи желали бы настроить собственные модели для оценки опасностей.
Как Pacific Gas Electric (PGE) начинает внедрять весьма плотный комплект акселерометров в собственные SmartMeters — совокупность датчиков, которая собирает информацию об применении электричества и газа в зданиях и на фирмах, дабы оказать помощь клиентам осознать и сократить их потребление энергии — McCallen трудится с коммунальной компании о вероятном применении этих данных для более правильного понимания того, как почва в действительности движется в разных геологических регионах.«Залив Сан-Франциско есть очень страшным районом с сейсмической точки зрения, а разлом Хейворд, возможно, есть одним из самый опасных разломов в стране», — говорит МакКаллен. «Мы решили смоделировать эту область, по причине того, что тут большое количество информации о геологии, исходя из этого отечественные модели достаточно прекрасно ограничены настоящими данными.
И, в случае если мы сможем совершенно верно измерить опасности и риски недалеко от залива, это будет иметь громадное влияние ".Он отмечает, что текущая оценка сейсмической опасности для Северной Калифорнии определяет, что разлом Хейворд с громаднейшей возможностью разрушится с магнитудой 6,7 либо более до 2044 года. Для моделирования перемещения грунта от сильных землетрясений с магнитудой 7,0 либо более требуются области на порядка 100-500 км и разрешение порядка от одного до пяти метров, что соответствует сотням миллиардов узлов сетки. Потому, что исследователи стремятся смоделировать перемещения с еще более высокой частотой от 5 до 10 герц, им потребуются более плотные вычислительные сетки и более небольшие временные шаги, что приведет к повышению вычислительных требований.
По словам МакКаллена, единственный метод в конечном счете добиться для того чтобы моделирования — это применять эксафлопсные вычисления.