Японский Национальный институт квантовой науки и технологий (QST), расположенный в Тибе, совместно с телекоммуникационной корпорацией NTT объявили о создании технологии для высокоскоростной и высокочастотной связи в режиме реального времени. Эта технология критически важна для контроля и поддержания стабильного состояния плазмы в термоядерных реакторах.
Как пояснили специалисты, для удержания высоконапорной плазмы в термоядерных установках необходимо подавлять быстроразвивающиеся плазменные нестабильности за чрезвычайно малые промежутки времени — менее одной десятитысячной секунды (100 микросекунд). Рост масштабов установок и усложнение систем управления требуют организации скоростного обмена данными на большие расстояния между компьютерами в управляющей сети, а также передачи значительных объёмов информации. Обеспечить это с помощью стандартных сетевых решений практически невозможно.
Источник изображений: NTT
Исследователи создали специализированную сеть для крупнейшего в мире сверхпроводящего токамака JT-60SA, которая способна обеспечить требуемую скорость и частоту обмена данными в реальном времени. В рамках работы была разработана и протестирована технология детерминированной скоростной связи, пригодная для интеграции в систему управления. В результате впервые удалось достичь высокоскоростной передачи данных с частотой обновления менее 100 микросекунд.
Данное достижение позволит осуществлять контроль высоконапорной плазмы в реальном времени в предстоящих экспериментах на установке JT-60SA. Эта разработка является прорывом на пути к созданию систем управления для таких термоядерных реакторов, как ITER и будущий DEMO, где потребуется прогнозировать и регулировать поведение значительно больших объёмов плазмы, используя ограниченный набор диагностического оборудования и распределённую компьютерную сеть, раскинутую на сотни метров. Кроме того, ожидается, что размер отдельных пакетов данных возрастёт примерно до 1 килобайта.
Управление термоядерным реактором в реальном времени реализуется через цепочку действий: диагностические измерения, анализ ключевых физических параметров, вычисление управляющих сигналов и их передачу на исполнительные устройства. Длительность этого цикла диктуется скоростью развития нестабильностей в плазме. При высоких давлениях могут возникать быстрые неустойчивости, требующие реакции системы менее чем за 100 микросекунд.
В комплексе JT-60SA данные диагностики, в том числе магнитные измерения, поступают с компьютера сбора на управляющий вычислитель, который моделирует поведение плазмы и направляет команды на магнитные катушки. Архитектура этой специализированной сети управления для JT-60SA создана для гарантированной, высокоскоростной и регулярной передачи информации, соответствующей потребностям перспективных термоядерных установок. Одновременно была создана технология детерминированной связи сверхвысокой частоты, обеспечивающая завершение обмена данными в жёстко заданный промежуток — до 100 мкс.
Для испытаний новую технологию внедрили в компьютеры, разнесённые на 400 метров, а её эффективность проверили в ходе демонстрационных тестов непосредственно на токамаке JT-60SA. В перспективе планируется оценка работы в рамках всей управляющей сети, объединяющей множество вычислительных узлов, в рамках подготовки к экспериментам по нагреву JT-60SA с онлайн-контролем высокого давления плазмы. Впрочем, как отмечает NTT, подобные сетевые режимы актуальны не только для термоядерных исследований.
Чтобы обеспечить циклы связи длительностью 100 мкс и менее, а также детерминированную производительность для гарантированной доставки данных в отведённое время, требуется сократить задержки в управляющих компьютерах и устранить временные колебания (джиттер). Задача упрощается тем, что характер передач известен заранее, что позволяет значительно снизить сложность управления сетью. Например, вместе с квитанцией о получении данных отправляется и сигнал для запуска следующего цикла передачи. А поскольку длительность каждого сеанса фиксирована, подавить джиттер становится гораздо проще, применяя механизмы TSN для синхронизации временных интервалов на каждом сетевом узле.
Источник:
