Vari strati della terra più gli edifici sopra e al loro interno si comportano in modo diverso durante un terremoto. Le interazioni tra questi strati espongono la complessità dei modelli sismici. Credito:2018 Earthquake Research Institute, L'Università di Tokio.
Un team di ricercatori del Earthquake Research Institute, Dipartimento di Ingegneria Civile e Centro di Tecnologia dell'Informazione dell'Università di Tokyo, e il RIKEN Center for Computational Science e il RIKEN Center for Advanced Intelligence Project in Giappone sono stati i finalisti dell'ambito premio Gordon Bell per i risultati eccezionali nel calcolo ad alte prestazioni. Tsuyoshi Ichimura insieme a Kohei Fujita, Takuma Yamaguchi, Kengo Nakajima, Muneo Hori e Lalith Maddegedara sono stati elogiati per la loro simulazione della fisica dei terremoti in ambienti urbani complessi.
I terremoti sono un problema enorme in molti luoghi del mondo, tra cui, notoriamente, Giappone. Possono essere devastanti e il team di Ichimura usa l'abilità di codifica con la potenza dei supercomputer per generare modelli per la mitigazione e la risposta ai disastri.
Le simulazioni realistiche dei terremoti sono difficili a causa di fenomeni fisici ad ampio raggio che operano a diverse scale. Questo problema complesso ha portato il team a ideare nuove strategie che coinvolgono l'intelligenza artificiale (AI) per modellare i terremoti nei centri urbani con un alto grado di precisione.
"Nel campo dell'informatica c'è un grande divario tra l'intelligenza artificiale e le simulazioni basate sulla fisica, " ha detto Ichimura. "Abbiamo ritenuto che ci fosse spazio per migliorare le prestazioni della nostra simulazione colmando questo divario. E quella sensazione si è rivelata vera".
Il loro approccio a metodologia mista ha utilizzato l'intelligenza artificiale e vari gradi di precisione matematica per creare un codice completamente nuovo per la simulazione, con un'efficienza senza precedenti. Questo nuovo codice ha ottenuto un aumento di velocità di quasi quattro volte rispetto alla precedente incarnazione del team.
Il supercomputer Summit ha 9, 216 processori prodotti da IBM e 27, 648 unità di elaborazione grafica prodotte da Nvidia, versioni avanzate di quelle che si trovano nei PC da gioco. Credito:2018 Carlos Jones/ORNL.
Tradizionalmente, le simulazioni fisiche richiedono una grande accuratezza numerica per ottenere risultati che corrispondano bene alla realtà osservata. Per ottenere questa precisione è necessario molto tempo di calcolo, che consuma una grande quantità di energia. Ciò che rende unico questo nuovo metodo è il modo in cui il componente AI del sistema apprende dove la precisione è più utile e dove può essere ridotta senza sacrificare l'accuratezza complessiva, quindi la simulazione può essere eseguita in meno tempo che se mancasse l'intelligenza artificiale.
Il codice del team è stato eseguito sul supercomputer all'avanguardia Summit presso l'Oak Ridge National Laboratory negli Stati Uniti I ricercatori hanno reso questo codice adattabile per altri usi e scalabile per l'uso su diversi sistemi di computer come il computer K di RIKEN e Piz Daint al Centro nazionale di supercalcolo svizzero.
"Il nostro codice è un tipo completamente nuovo di risolutore di problemi, che è una frontiera in questo campo, " conclude Ichimura. "Ci aspettiamo che questo nuovo codice trovi la sua strada in una nuova generazione di simulatori fisici. Speriamo che questo aiuti le persone a capire meglio, prevedere e prepararsi ai terremoti".
