英国核聚变项目面临的挑战和障碍:超级计算和人工智能的角色是什么?

2022年6月22日

“不可否认，为核聚变发电厂这一极其复杂、强耦合、多物理系统建模是一项巨大的模拟挑战——长期以来，这一努力一直被称为‘百亿亿次’挑战。”罗伯·埃克斯

英国原子能管理局(UKAEA)和科学技术设施委员会(STFC)哈特里中心(Hartree Centre)之间的一个合作项目正在进入一个五年计划的第二阶段，该计划将帮助科学家通过使用超级计算和人工智能(AI)开发可行的聚变能源技术，而不是通过昂贵的真实世界的原型设计。雷电竞网址政府为该计划提供了2.2亿英镑的资金，UKAEA将在2024年之前完成概念设计。

在上个月于德国汉堡举行的2022年国际超级计算大会上，来自STFC哈特里中心的参展商还宣布了STFC与Graphcore之间的战略合作伙伴关系，Graphcore是智能处理单元(IPU)技术提供商，为该项目和其他行业举措提供支持。

提供了一个强大而清洁的替代方案

核聚变能源有潜力成为一种革命性的无限能源，有助于减少对化石燃料的依赖，应对气候变化。作为政府在2021年制定的英国核聚变战略的一部分，UKAEA的任务是负责能源生产球形托卡马克(STEP)计划，这是英国第一个原型聚变能源工厂，计划于2040年投入运行。五个入围的场地开发项目是:Ardeer(北艾尔郡);古尔(约克郡东骑马区);Moorside(坎布里亚郡);ratcliff -on- soar(诺丁汉郡)和Severn Edge(南格洛斯特郡)。

为了促进这一长期发展，去年还在STFC位于利物浦市地区的达尔斯伯里实验室建立了英国极端规模计算卓越中心，目前有30多名员工正在通过研究项目应对融合技术的挑战，包括;

模拟和理解等离子体
未来核聚变发电厂的“数字双胞胎”模型。
为高级数据管理开发原型工具
使用人工智能工具提供关键见解，例如机器控制和不确定性量化。

人工智能正越来越多地与更传统的高功率计算技术一起用于在加速的时间框架内运行大规模模拟。Graphcore开发的技术已经被用于大型强子对撞机(Large Hadron Collider)生成的数据。

迎接伟大的科学成就

“提供清洁聚变能源的目标是我们这个时代最伟大的科学努力之一。哈特里中心主任凯特·罗伊斯教授说:“为了实现这一目标，每个领域都在部署突破性技术，包括使用人工智能进行模拟。”

“我们期待着与Graphcore在这样一个令人兴奋的领域合作，在这个领域，加速进展可能意味着这种革命性的新能源发电方式迟早会惠及所有人。”

UKAEA高级计算部门负责人Rob Akers补充说:“不可否认，对核聚变发电厂这种极其复杂、强耦合、多物理系统进行建模是一项巨大的模拟挑战——长期以来一直被誉为‘百亿亿次’挑战。”

“直到现在，随着世界上第一台百亿亿次计算机的问世，并通过人工智能方法和传统高性能计算算法的融合，核聚变发电厂技术的数字配对才成为现实的前景。Graphcore的IPU系统让我们得以一窥第二代百亿亿次级计算机的模样。我们非常高兴能够与STFC Hartree中心和Graphcore合作，围绕我们的核聚变发电厂设计预测能力进行改造。”

IPU技术将通过欧洲云和EDGE提供商G-Core Labs提供的IPU云服务提供。作为人工智能和高性能计算技术的全球领导者，Atos将作为系统集成商与G-Core Labs、Graphcore和Hartree Centre的研究团队密切合作。

作为战略合作伙伴关系的一部分，Graphcore将提供广泛的技术培训(包括研讨会)，而STFC将分享与IPU系统性能相关的指导和反馈，以加速哈特里中心的工作负载和研究。