| 차세대 선웨이슈퍼컴퓨터에서 최초로 EAST와 CFERT 핵융합로 전체장치 동적 플라즈마 진화 시뮬레이션 달성 | ||
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  국제고든벨상에 선정된 중국과학기술대학교의 슈퍼컴퓨팅 응용 성과 “Symplectic Structure-Preserving Particle-in-Cell Whole-Volume Simulation of Tokamak Plasmas to 111.3 Trillion Particles and 25.7 Billion Grids”가 현지 시간 2021년 11월 16일, 미국 미주리주 세인트루이스에서 열린 국제슈퍼컴퓨팅컨퍼런스(SC21)에서 온라인으로 “차세대 선웨이(神威)슈퍼컴퓨터에서 최초로 EAST(Experimental Advanced Superconducting Tokamak)와 CFETR(China Fusion Engineering Testing Rector)의 ‘행융합 원자로 전체 장치 동적 플라즈마 진화 시뮬레이션’ 달성”에 대해 발표했다. 중국과학기술대학교는 중국과학원 수학·시스템과학연구원과 협력하여 1980년대 중국수학자 펑캉(馮康)이 제안한 사교 구조(Symplectic structure) 알고리즘 이론에 기반하여 플라즈마 하전입자-전자기장 시스템에 대해 항보존 속성을 보유하는 명시적 고차 비정칙 심플렉틱 Particle-in-Cell 포맷을 개발했다. 자체적으로 SymPIC 플라즈마 하전입자-전자기장 시스템의 대규모 구조 보존 역학 수치 시뮬레이션 소프트웨어를 설계하고 알고리즘, 소프트웨어 스택 및 자동 벡터화 등 분야의 일련의 기술 혁신을 통해 차세대 선웨이슈퍼컴퓨터에서 최초로 EAST(플라즈마연구소가 자체 설계 개발한 세계 최초의 비원형 단면 완전 초전도 토카막 핵융합 실험장치)와 CFETR 전체 장치 플라즈마 진화에 대한 최대 규묘의 장시간 고충실도 시뮬레이션을 달성했다. 또한 플라즈마에서의 파동 전파, 전류 구동, 무작위 가열 등 현상을 계산하여 기존 계산법보다 더 신뢰성이 있는 비선형 장기 결과를 획득했다. 관련 연구 성과는 “Structure-preserving particle-in-cell simulation of lower hybrid wave propagation and heating in the magnetic mirror”라는 제목으로 학술지 “Nuclear Fusion”에, “Structure-preserving electromagnetic–kinetic simulations of lower hybrid-wave injection and current drive”라는 제목으로 학술지 “Plasma Physics and Controlled Fusion”에 게재되었다. 기존의 PIC 시뮬레이션 소프트웨어와 비교할 경우, SymPIC 소프트웨어는 비할 바가 없는 장기적 수치 안정성을 보유하며 기존 PIC 시뮬레이션 소프트웨어의 수치 자체발열 문제점을 극복했다. 심플렉틱 알고리즘과 관련된 연구는 매우 진보적이고 연구팀은 자체 개발한 도메인별 언어(DSL) 및 소프트웨어 스택 최적화 기술을 사용했기 때문에 세계적으로 유사한 상용 소프트웨어가 없으며 소수의 연구팀에서만 자체 프로그램이 있지만 효율성과 확장성은 모두 해당 프로그램과 비교할 수 없다. 해당 소프트웨어는 플라즈마 역학의 복잡한 진화를 연구하는데 적합하며 현재 주로 고온 Tokamak 플라즈마의 경계 난류, 불안정성, 수송 및 비선형 파 가열 등 연구에 사용된다. 미래에 슈퍼컴퓨터 연산능력이 10E 수준에 도달할 경우 시뮬레이션의 해상도가 더욱 향상될 전망이다. 연구팀은 더 강한 자기장을 가진 Tokamak 플라즈마로 연구를 확장하여 강자기장 중의 변칙적 전송, 불안정성 등 중요한 문제를 탐구하고 연소 플라즈마 과학 중의 기존에 해결할 수 없었던 새로운 문제를 연구하고 플라즈마 방전의 가동에서 종료에 이르는 전체 진화를 해석할 계획이다. 핵융합에너지의 개발은 국가에너지시스템을 구축하는 중요한 경로이며 탄소중립과 탄소피크의 달성에 크게 기여할 수 있다. 정보출처 : http://news.ustc.edu.cn/info/1048/77840.htm |
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