В сотрудничестве с General Atomics, Калифорнийским университетом в Сан-Диего, Аргоннской национальной лабораторией и Национальным центром вычислительных исследований в области энергетики (NERSC) компания Nvidia представила высокоточную цифровую копию термоядерного реактора для изучения управляемого термоядерного синтеза с применением технологий искусственного интеллекта. Виртуальный прототип ускорит создание реального реактора, экономя ресурсы и сокращая сроки разработки.
Источник изображения: Nvidia
Несмотря на многолетние исследования учёных по всему миру, создание работоспособного термоядерного реактора — искусственного солнца на нашей планете — пока остаётся недостижимой целью. На Земле невозможно воспроизвести колоссальное давление, под действием которого атомы водорода в недрах звёзд объединяются, образуя гелий. Вместо этого приходится нагревать плазму — ионизированные ядра водорода — чтобы повысить вероятность их слияния, преодолевая взаимное электростатическое отталкивание. Температура плазмы в реакторах должна достигать порядка 150 миллионов ℃ и даже выше — что примерно в десять раз горячее, чем в центре Солнца. В этих условиях плазма становится крайне неустойчивой, и её стабилизация превращается в ключевую проблему, которую искусственный интеллект будет решать с помощью цифрового двойника.
Цифровая модель разрабатывается на платформе Nvidia Omniverse с применением технологии CUDA-X. Эта система даст возможность проводить симуляции поведения плазмы в режиме реального времени, сокращая длительность расчётов с нескольких недель до секунд. Для этого на суперкомпьютерах Polaris (в ALCF) и Perlmutter (в NERSC) были обучены три суррогатные нейросети — упрощённые модели, воспроизводящие динамику плазмы в заданных условиях. Они обеспечат прогнозирование состояния плазмы для более точного управления реактором в реальном времени. С одной стороны, это предотвратит сбои, способные повредить установку. С другой — подобные прогнозы помогут избежать ошибочных и бесперспективных решений, ускоряя исследовательский процесс.
Разработанный совместно Nvidia и научными сообществами цифровой аналог термоядерного реактора DIII-D собирает показания с датчиков действующей установки, применяя их для моделирования с использованием комплекса алгоритмов и искусственного интеллекта: EFIT — для анализа равновесного состояния плазмы, CAKE — для определения её конфигурации, ION ORB — для вычисления интенсивности ионного теплового потока. Вся информация интегрируется в интерактивную платформу на основе Nvidia RTX PRO и DGX Spark. Omniverse создаёт условия для динамического взаимодействия, а CUDA-X обеспечивает высокоскоростные расчёты. Виртуальная система работает синхронно с физическим реактором, давая возможность 700 исследователям из 100 учреждений проводить рискованные опыты в цифровом пространстве — полностью исключая реальные последствия.
Результатом проекта становится своеобразный «термоядерный симулятор», объединяющий физические законы, вычислительные мощности и интеллектуальные алгоритмы для оперативных исследований, прогнозирования и совершенствования конструкций реакторов.
