Моделирование аномальных плазменных процессов на графических ускорителях

Назначение Проведение расчетов по моделированию релаксационных процессов в высокотемпературной плазме. Моделирование неустойчивостей в плазме, излучения в турбулентной плазме. Моделирование перспективных установок управляемого термоядерного синтеза (УТС).
Область применения Физика управляемого термоядерного синтеза. Физика ускорителей. Промышленные плазменные технологии. 
Используемый алгоритм Динамика плазмы описывается системой уравнений, состоящей из уравнения Власова и уравнений Максвелла. Уравнение Власова решается методом частиц в ячейках, уравнения Максвелла - с помощью метода конечных разностей во временной области.

По заданным пользователем плотности и температуре плазмы, а также параметрам пучка (энергия, плотность, температура) генерируется распределение частиц в расчетной области. Расчетная область (ячейки и частицы) распределяются между узлами суперЭВМ, содержащими графические ускорители. На каждом временном шаге рассчитывается движение модельных частиц, по ним вычислчется распределение тока в области и происходит перерасчет поля. Один раз в течение нескольких шагов происходит выдача указанных пользователем величин (тока, плотности, поля и др.) на диск.

Реализация алгоритма Алгоритм реализован на графических ускорителях (GPU) с помощью технологии CUDA.
Протетирован на графических ускорителях Nvidia Tesla M2090, Nvidia Kepler K40, Nvidia Pascal P100.

Функциональные возможности

1) Декопмозиция расчетной области

2) асинхронная пересылка частиц

3) расчет электромагнитного поля

4) расчет излучения плазмы

5) учет влияния малых примесей в плазме

6) диагностика плазменных величинТребования к аппаратно-программному обеспечению:
ОС Linux, CUDA 6.0, GPU cc 1.3

7) расчетные сетки до 1 млрд. узлов, до 100 Гб памяти, до 500 GPU

Алгоритм опубликован в:
1. Вшивков В.А., Вшивков К.В., Дудникова Г.И.  Алгоритмы решения задачи взаимодействия лазерного импульса с плазмой//Вычислительные технологии. Том 2, номер 6, 2001.

2. A.V.Snytnikov. Supercomputer simulation of plasma electron heat conductivity decrease due to relativistic electron beam relaxation//Procedia Computer Science.

3. A.V. Snytnikov, M.A. Boronina, E.A. Mesyats, A.A. Romanenko. A technology for the design of hybrid supercomputer simulation codes for relativistic particle electrodynamics.//Суперкомпьютерные дни в России: Труды международной конференции (28-29 сентября 2015 г., г. Москва).– М.: Изд-во МГУ, 2015. – 844 с