Les chercheurs de France, des Etats-Unis et du Japon ont réuni leurs talents autour de l’application WarpX et ont produit un résultat majeur dans le domaine de la simulation cinétique de plasma. Ils ont non seulement démontré les capacités du code de simulation à s’exécuter sur les plus grands supercalculateurs du monde à l’échelle de l’exaflops (notamment les supercalculateurs FRONTIER et FUGAKU respectivement N°1 et N°2 au TOP 500) mais ces simulations ont également permis de faire avancer de manière significative la modélisation réaliste d’accélérateurs de particules à base de laser, notamment utilisés dans le domaine de la radiothérapie FLASH. Ces simulations vont permettre de valider le concept du système expérimental conçu par l'institut IRAMIS du CEA.
Les retombées très prometteuses de WarpX
Le code 3D WarpX et sa librairie multi-physique PICSAR sont le fruit d’un effort international au sein duquel des équipes de l'IRAMIS et du Lawrence Berkeley National Laboratory jouent un rôle clé. WarpX-PICSAR, code 3D PIC (Particle-In-Cell) open source et optimisé pour machine exascale, permet aujourd’hui de simuler de nombreux processus à l’oeuvre en physique des accélérateurs et en physique de l’interaction laser-matière, dont les retombées attendues aux plans fondamental, sociétal et industriel sont très prometteuses pour le CEA.
Celles-ci incluent notamment le développement :
- de nouveaux accélérateurs de particule « laser- plasma » très compacts à haute charge pour la physique des hautes énergies, l’industrie et la médecine ;
- de nouvelles sources X-UV, les plus intenses sur Terre, pour tester l'électrodynamique quantique dans des régimes dits « terra incognita » (comme le claquage optique du vide) ou encore l’exploration de nouvelles voies de fusion aneutronique par laser.
WarpX PIC intègre plusieurs innovations majeures :
- une parallélisation à trois niveaux qui a démontré la portabilité et l'évolutivité des performances sur 5 millions de cœurs A64FX et 24.000 GPU Nvidia V100-SXM2-16 Go ;
- un équilibrage de charge efficace entre plusieurs niveaux de maillage raffiné ;
- le développement et l'optimisation de conditions aux limites avancées, requises entre les niveaux de maillage.
Simulation 3D faite avec WarpX-PICSAR sur la quasi-totalité de la machine SUMMIT pendant 24h. [Extrait de L. Fedeli et al. PRL, 127, 114801 (2021)] © CEA.
L'alliance avec le Japon
L'accord CEA-RIKEN sur le calcul intensif et les sciences computationnelles a été signé à Tokyo le 11 janvier 2017. Depuis, le CEA et RIKEN travaillent conjointement au développement et à l'optimisation d’applications scientifiques dans différents domaines (comme la santé, les sciences des matériaux, la gestion des risques) et à l'amélioration de leurs technologies de calcul intensif. Leur objectif pour 2022 et après : la consolidation de l'exascale et la préparation de l'ère post-exascale.
A propos du prix Gordon Bell
Le prix Gordon Bell est décerné chaque année par l'Association for Computing Machinery en conjonction avec
la conférence SC (Supercomputing Conference). Il récompense les réalisations exceptionnelles en calcul haute performance. L'objectif principal est de suivre les progrès du calcul parallèle, en récompensant l'innovation dans l'utilisation du calcul haute performance pour les applications en science, ingénierie et analyse de données à grande échelle. Créé en 1987, ce prix prestigieux est financé par Gordon Bell, un pionnier du calcul haute performance et parallèle.