Chaque année, de quelques centaines à des dizaines de milliers de décès sont attribués aux effets catastrophiques des tremblements de terre majeurs. En plus des secousses au sol, les risques de tremblement de terre comprennent les glissements de terrain, ruptures de barrages, inondation, et pire, si le fond marin est soudainement déplacé lors d'un tremblement de terre, cela peut déclencher un tsunami mortel.

Bien que les tremblements de terre ne puissent être évités, Les processus impliquant les plaques tectoniques de la Terre qui composent sa croûte et son manteau supérieur peuvent fournir aux scientifiques des indices sur les effets possibles de ces catastrophes imminentes avant qu'elles n'arrivent.

Une équipe dirigée par le professeur Tsuyoshi Ichimura de l'Institut de recherche sur les tremblements de terre (ERI) de l'Université de Tokyo (UTokyo) étudie la déformation des plaques tectoniques pour faciliter la prévision physique des catastrophes naturelles telles que les tremblements de terre. Spécifiquement, l'équipe simule une limite de plaque tectonique s'étendant de Vancouver, Colombie britannique, jusqu'au nord de la Californie. À cette limite, appelée la zone de subduction de Cascadia, l'explorateur côtier, Juan de Fuca, et les plaques Gorda se déplacent vers l'est et se déplacent sous la plaque nord-américaine, un processus connu sous le nom de subduction qui peut déclencher des tremblements de terre de grande magnitude et une activité volcanique.

L'équipe a récemment étendu et optimisé l'un de ses codes scientifiques pour le supercalculateur le plus puissant et le plus intelligent au monde pour la science ouverte, le sommet IBM AC922 à l'Oak Ridge Leadership Computing Facility (OLCF), une installation d'utilisateurs du bureau des sciences du département américain de l'Énergie (DOE) située au laboratoire national d'Oak Ridge (ORNL) du DOE.

En transformant le solveur implicite d'éléments finis non structurés avec le code UNICORN (Structured grid grossièrement) en un algorithme de type intelligence artificielle (IA), l'équipe a exécuté UNICORN à 416 pétaflops et a été multipliée par 75 par rapport à un précédent solveur de pointe en exploitant pleinement la puissance des cœurs Tensor sur les GPU Volta de Summit. Les Tensor Cores sont des unités de traitement spécialisées qui effectuent rapidement des multiplications et des additions matricielles à l'aide de calculs de précision mixte.

"Les Tensor Cores ne sont pas disponibles pour n'importe quel type de calcul, " a déclaré Kohei Fujita, professeur assistant à l'ERI. "Pour cette raison, nous avons dû aligner tous nos modèles d'accès aux données et modèles de multiplication pour leur convenir. » Les modèles d'accès aux données déterminent comment les données sont accessibles en mémoire par un programme logiciel et peuvent être organisées plus efficacement pour exploiter une architecture informatique particulière.

En utilisant LICORNE, l'équipe UTokyo a simulé un 1, 944 km × 2, Zone de 646 km × 480 km dans la zone de subduction de Cascadia pour examiner comment la plaque tectonique est déformée en raison d'un phénomène appelé « glissement de faille, " un changement soudain qui se produit à la frontière de la plaque.

L'équipe a déclaré que le nouveau solveur peut être utilisé comme un outil pour aider les scientifiques dans la tâche ardue de la prévision des tremblements de terre à long terme - un objectif qui, une fois réalisé, pourrait conduire à la prévision des tremblements de terre et à l'atténuation des catastrophes.

Précédemment, l'équipe a démontré une approche générale pour introduire l'IA dans les applications scientifiques dans le sOlver iMplicit avec l'intelligence artificielle et le calcul de précision, ou MOTHRA, code, une réalisation qui leur a valu d'être nominé parmi les finalistes de l'Association for Computing Machinery Gordon Bell l'année dernière.

UNICORN effectue des calculs plus denses, lui permettant de profiter pleinement de l'architecture unique de Summit, qui comporte 9, 216 processeurs IBM POWER9 et 27, 648 GPU NVIDIA Volta. La partie du code la plus coûteuse en calcul a fonctionné à 1,1 exaflops en utilisant une précision mixte, une entreprise majeure pour un code basé sur des équations plutôt que sur des calculs d'apprentissage en profondeur. (Les codes basés sur ces derniers sont intrinsèquement optimaux pour des systèmes tels que Summit.)

Pour les futurs problèmes de tremblement de terre, l'équipe devra appliquer UNICORN pour analyser les réponses de la croûte terrestre et du manteau à un glissement de faille au fil du temps. Cela nécessitera des milliers de simulations, puis des centaines ou des milliers d'itérations supplémentaires pour comparer les résultats avec des événements sismiques réels.

"Pour atteindre nos objectifs de prévision sismique, nous devrons faire de nombreuses simulations de déformation de la croûte puis comparer nos résultats avec les enregistrements observés des séismes passés, " dit Ichimura.

L'équipe présente ce travail à la Supercomputing Conference 2019, SC19, dans une affiche intitulée "416-PFLOPS Fast Scalable Implicit Solver on Low-Ordered Unstructured Finite Elements Accelerated by 1.10-ExaFLOPS Kernel with Reformulated AI-Like Algorithm:For Equation-Based Earthquake Modeling". Ce travail a été mené en collaboration avec NVIDIA, ORNL, l'Agence japonaise pour les sciences et technologies marines et terrestres, l'Université du Texas à Austin, et RIKEN. En outre, l'équipe présente les travaux lors de l'atelier sur la programmation d'accélérateurs utilisant des directives organisé conjointement avec le SC19.