У своїх дослiдженнях вченi постiйно стикаються з дилемою щодо моделювання того, як поводитиметься той чи iнший матерiал. Оскiльки дослiдникам потрiбно змоделювати електрони матерiалу, якi визначають бiльшiсть його хiмiчних та електронних властивостей, вони постають перед вибором: змоделювати до кiлькох сотень електронiв з майже iдеальною точнiстю, або ж симулювати набагато бiльшу кiлькiсть, але вже iз значно меншою точнiстю.

Розвиток найпотужнiших у свiтi суперкомп’ютерiв почав усувати цей компромiс.

На конференцiї SC23, вченi повiдомили, що змогли змоделювати поведiнку до 600 тис електронiв у мiкроскопiчному шматочку магнiєвого сплаву майже з точнiстю квантової симуляцiї Монте-Карло. За словами iнженера-механiка з Мiчиганського унiверситету Самбiт Даса, завдяки потужностям суперкомпʼютерiв бар’єр мiж точнiстю i довжиною масштабу фактично подолано.

До прикладу, дослiдники за допомогою такого моделювання змогли показати, як утворюються дефекти в сплавах, що може вiдкрити шлях до розробки нових легких сплавiв для паливно-ефективних автомобiлiв i лiтакiв.

Суперкомп’тер для моделювання

Крiм того, застосування цих методiв до матерiалiв, якi називаються квазiкристалами, впорядкованими твердими тiлами, в яких немає повторюваних атомних розташувань, також показало, чому вони приймають незвичнi форми, що може призвести до створення нових магнiтних матерiалiв i надпровiдникiв.

Також вченi стверджують, що серед iнших обчислювальних досягнень були спроби спрогнозувати повiтрянi потоки i шум вiд конструкцiї реактивного двигуна з ефективним використанням палива, а також про те, як тепло буде пульсувати через активну зону невеликого модульного ядерного реактора – це може допомогти у створеннi бiльш безпечних конструкцiй.

Усi цi дослiдження були проведеннi на суперкомп’ютерi Frontier, який розробили компанiї Hewlett Packard Enterprise та Cray, i який ввели в експлуатацiю у 2023 роцi. Сам пристрiй розташований у лабораторiї Oak Ridge National Laboratory у штатi Теннессi, США.

Frontier є першим суперкомп’ютером, який досяг швидкодiї 1 екзафлопс. Це означає, що вiн може обробляти 1 квадрильйон операцiй за секунду. Вiн набагато швидший за попереднього рекордсмена – Fugaku, який має продуктивнiсть 415,53 петафлопсiв.

Усi цi досягнення, в найближчi кiлька рокiв, обiцяють вiдкрити нове вiкно у вивченнi матерiалiв, клiмату, бiологiї та медицини. Однiєю з найперспективнiших цiлей є створення моделей глобального клiмату.