חוקרים של יבמ שותפים לפרס בתחום המחשוב המקבילי על סימולציה של תנועת לוחות טקטוניים ורעידות אדמה

החוקרים הצליחו לפתח אלגוריתם יעיל בגישה מתמטית המכונה “פתרון מרומז” והריצו אותו על גבי “סקויה”, מחשב BlueGene/Q של יבמ, המותקן במעבדה הלאומית על שם לורנס ליברמור, שהוא כיום אחד המחשבים המהירים בעולם

חוקרים ממעבדות המחקר של יבמ, ומדענים מאוניברסיטאות טקסס, ניו יורק ומהמכון הטכנולוגי של קליפורניה, זכו בפרס Gordon Bell לשנת 2015 על הצלחתם לבנות סימולציה ריאליסטית של הכוחות הפנימיים בליבת כדור הארץ, העומדים מאחורי תנועת הלוחות הטקטוניים. העבודה עשויה להוות צעד משמעותי לקראת הבנה טובה יותר של רעידות אדמה ופעילות וולקאנית.

פריצת הדרך המחקרית התאפשרה בזכות אלגוריתמים מתקדמים הפועלים על גבי “סקויה”, מחשב BlueGene/Q של יבמ, המותקן במעבדה הלאומית על שם לורנס ליברמור, שהוא כיום אחד המחשבים המהירים בעולם.

צוות החוקרים פיתח אלגוריתמים חדשניים במסגרת גישה מתמטית המכונה “פתרון מרומז” (implicit solver), על מנת להציג סימולציה ריאליסטית של תכונות כדור הארץ, ברמת רזולוציה ודיוק חסרי תקדים. באמצעות מודלים אלה, הצליחו החוקרים לחזות את תנועות הלוחות הטקטוניים המרכיבים את פני כדור הארץ ואת הכוחות הפועלים עליהם – תוך סימולציה של זרימת מעטה הליבה. ביצוע הסימולציה דורש טיפול ביותר מ- 600 מיליארד משוואות בלתי לינאריות והשלמתה נחשבת לאבן דרך בתולדות מדעי המחשב.

מערכת סקויה בנויה מ- 96 ארוניות מסד של BlueGene/Q, ומציעה קצב עיבוד מירבי תיאורטי של 20.1 פטא-פלופס. כל ארונית מסד כוללת 1,024 צמתי עיבוד, שבכל אחד מהם שבב POWER בעל 16 ליבות, המתוכנן לעיבודי Big Data ופועל במהירות 1.6 גיגה-הרץ.

הקוד אותו כתבו אנשי הצוות רשם יעילות עבודה מקבילית חסרת תקדים, כאשר הצליח להציג שיעור יעילות של 97% בעת מידרוג המערכת עד לעבודה על 1.6 מיליון ליבות – גם כאן, שיא עולמי. הישג זה נולד בזכות חשיבה מחדש על כלל מודל העיבוד, החל מרמת המודל המתמטי ועד לאלגוריתמים המספריים, בעת היישום בסביבה מקבילית מאסיבית. הצוות בנה את האלגוריתם באופן המאפשר לו להתמודד היטב עם הרחבה בקנה המידה של העיבוד הכולל של התהליכים המתנהלים בקליפת כדור הארץ, תוך ניצול מיטבי של הארכיטקטורה המקבילית הייחודית של מחשב העל BlueGene/Q.

למרות שתנועת הלוחות הטקטוניים והתהליכים המתרחשים בקליפת כדור הארץ ובשכבת המגמה הקרובה אליה מהווים גורם מרכזי לרעידות אדמה, התפרצויות וולקאניות וגלי צונאמי, מהווים עדיין כמה מהעקרונות הבסיסיים שמאחורי תופעות אלו חידה לחוקרים. למעשה, הבנת התחום הוצגה כאחד מעשרת אתגרי המחקר המדעי הגדולים ביותר, ברשימה שהוגדרה על ידי האקדמיה הלאומית האמריקאית למדעים.
פרס גורדון בל מוענק מדי שנה להישג המדעי הגדול ביותר בתחום היישום של מחשוב מקבילי לפתרון אתגרי מדע, הנדסה וניתוח אנליטי של נתונים בהיקפים גדולים. הפרס נושא את שמו של גורדון בל, מחלוצי תחום המחשוב עתיר הביצועים והמחשוב המקבילי.