Investigadores do Instituto de Plasmas e Fusão Nuclear (IPFN), Instituto Superior Técnico e do Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) dos E.U.A. correram simulações recorde usando a totalidade dos 1 572 864 cores do supercomputador Sequoia localizado no laboratório americano. Este computador, baseado na arquitetura IBM BlueGene/Q é a primeira máquina a utilizar mais de um milhão de cores de computação. É também atualmente a segunda máquina na lista dos supercomputadores mais rápidos do mundo, atingindo um desempenho de 16,3 Petaflops (16,3 × 1015 = 16,3 milhares de biliões de operações matemáticas por segundo).

O código de simulação utilizado foi o código OSIRIS, desenvolvido no Grupo de Lasers e Plasmas do Instituto de Plasmas e Fusão Nuclear do IST, no âmbito duma colaboração de mais de uma década com a Universidade da Califórnia em Los Angeles. Nestas simulações o OSIRIS demonstrou uma excelente escalabilidade paralela na utilização da totalidade dos 1,6 milhões de cores do sistema Sequoia. Ao aumentar o número de cores para um problema de dimensão fixa (normalmente designada por escalabilidade forte ou strong scaling) o OSIRIS atingiu 75% de eficiência na totalidade do sistema, e aumentando simultaneamente a dimensão do problema (escalabilidade fraca ou weak scaling) atingiu-se uma eficiência de 97%.

Estas simulações são as maiores simulações “particle-in-cell”, ou PIC, alguma vez realizadas em termos do número de cores utilizados. Este tipo de simulações é utilizado extensivamente na física dos plasmas para modelizar o movimento das partículas carregadas no plasma, constituído por matéria ionizada, e a interação eletromagnética entre elas. Os maiores supercomputadores do mundo permitem a estes códigos seguir em simultâneo a evolução de centenas de milhares de milhões destas partículas em situações de extrema complexidade. Frederico Fiúza, antigo estudante de doutoramento do IST e atualmente “Lawrence Fellow” do LLNL, realizou estas simulações para estudar a interação de lasers ultra-intensos com plasma densos no sentido da produção de energia através de fusão nuclear, a mesma forma de energia que alimenta o sol e as estrelas, duma forma controlada em laboratório.

“Isto significa que uma simulação que normalmente demoraria um ano a correr num cluster de computadores de dimensão média com 4 000 cores pode agora ser realizada em apenas um dia ou, em alternativa, um problema com uma dimensão 400 vezes superior pode agora ser simulado no mesmo intervalo de tempo” afirmou Ricardo Fonseca, investigador do IPFN/IST e professor associado do ISCTE-Instituto Universitário de Lisboa, e o responsável pelo desenvolvimento do código OSIRIS, “A combinação dos mais avançados supercomputadores do mundo com códigos de simulação altamente eficientes e escaláveis como o código OSIRIS permitem desenvolvimentos tecnológicos e científicos impares, capazes de revolucionar as mais diversas áreas do conhecimento.”

Simulação OSIRIS da interação dum laser ultra intenso com um plasma. O laser (ciano, amarelo, vermelho e azul), propaga-se da direita para a esquerda e cria uma onda de grande amplitude (verde) que acelera electrões do plasma (esferas coloridas). A cor de cada esfera representa a sua energia do violeta (menor energia) ao laranja (maior energia).