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2018
05-13

Exascale年龄段地区地震危险性评估


随着新兴的百亿亿级超级计算机,研究人员将很快就能够准确地模拟地震动的地区性地震快速和前所未有的细节,以及预测这些运动将如何影响能源基础设施 - 从电网到地方电厂和科学研究设备。

将危害转化为风险:伯克利实验室,LLNL和加州大学戴维斯分校的研究人员利用区域尺度地球物理模型中的地面运动估算来推动基础设施评估。图片来源:David McCallen。

目前,美国能源部(DOE)劳伦斯伯克利(Berkeley Lab)和劳伦斯利弗莫尔(LLNL)国家实验室以及加州大学戴维斯分校的研究人员组成的跨学科小组正在构建有史以来第一个端到端 - 模拟代码精确地捕捉地震地质和物理,以及震动如何影响建筑物。这项工作是美国能源部“Exascale计算项目”(ECP)的一部分,旨在最大限度地发挥E级未来超级计算机的优势,该计算机将比目前美国最强大的系统快50倍 - 美国的经济竞争力,国家安全和科学发现。

“由于计算限制,目前地区层面的地球物理模拟通常以1-2赫兹(每秒振动)解决地面运动。最终,我们希望有5-10赫兹的运动估计,以准确捕捉广泛的基础设施的动态响应,“负责ECP支持的工作的David McCallen称,高性能,多学科仿真用于区域尺度地震危险性和风险评估。他还是伯克利实验室地球与环境科学区的客座科学家。

影响建筑物震害的最重要的变量之一就是地震波频率,或者是地震波每秒重复的速度。建筑物和建筑物对某些频率的反应不同。像摩天大楼,桥梁和高速公路立交桥这样的大型建筑物对低频振动敏感,而像家庭这样的小型建筑物更容易受到高频振动的破坏,其范围在2至10赫兹及以上。 McCallen指出,模拟高频地震的计算要求更高,需要E级计算机。

McCallen正在和伯克利实验室计算研究部门(CRD)的研究员Hans Johansen一起工作,并且正在和其他人一起更新现有的模拟地震波传播的SW4代码,以利用最新的超级计算机国家能源研究科学计算中心(NERSC)的科里系统。这个核心系统包含每个芯片68个处理器核心,近10,000个节点和新的内存类型。 NERSC是由伯克利实验室运营的DOE科学国家用户设施办公室。 SW4代码由LLNL的研究小组开发,由安德斯·彼得森(Anders Petersson)领导,他也参与了亿字节的工作。

随着SW4的最近更新,该合作在12个小时内成功模拟了NERSC Cori超级计算机在加利福尼亚海沃德断层上以3赫兹的6.5级地震,其中2048个骑士降落节点。这个首创的仿真也捕获了地面运动对破裂半径100平方公里内以及地下30公里内建筑物的影响。对于未来的E级系统,研究人员希望能在大约五小时或更短时间内以5-10赫兹的分辨率运行相同的模型。 “最终,我们希望得到一个更大的领域,更高的频率分辨率,并加快我们的模拟时间,”麦卡伦说。 “我们知道断层破裂的方式是决定建筑物如何对震动作出反应的重要因素,而且我们不知道海沃德断层将如何破裂或海湾地区的精确地质,我们需要运行许多模拟来探索不同的场景。加速我们对E级系统的模拟将使我们能够做到这一点。“

来源:LBL