Суперкомпьютеры экзафлопсного уровня помогают проектировать сейсмоустойчивую инфраструктуру

Современные суперкомпьютеры экзафлопсного уровня, обладающие колоссальной вычислительной мощностью, пока не могут точно предсказать, когда произойдет землетрясение, но теперь они способны моделировать, как оно будет происходить и какой ущерб может нанести. Ученые из Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли и Национальной лаборатории в Ок-Ридже работают над созданием самых передовых на сегодняшний день симуляций сейсмической динамики в рамках проекта Exascale Computing Project (ECP).

Эти симуляции с беспрецедентной детализацией показывают, как геологические условия влияют на интенсивность землетрясений и как сложные движения грунта воздействуют на здания и инфраструктуру. Полученные данные уже передаются научному и инженерному сообществу для углубления понимания сейсмических процессов и проектирования сейсмостойких сооружений. Код EQSIM, разработанный командой, позволяет моделировать, как сейсмические волны взаимодействуют с разным составом почвы и рельефом, что может усиливать или гасить энергию подземных толчков.

Моделирование фокусируется на трех ключевых сейсмоопасных зонах США: районе залива Сан-Франциско (включая опасный разлом Хейворд), бассейне Лос-Анджелеса (где возможен "Большой разрыв" магнитудой 7.8+) и регионе Нью-Мадрид на Среднем Западе, где в 1811-1812 годах произошли разрушительные землетрясения. Исследования показывают, что в восточных регионах с более монолитными породами сейсмическая энергия может передаваться дальше и эффективнее, чем на Западе.

Симуляции выполняются на суперкомпьютере Frontier в Ок-Ридже — самом мощном в мире для открытой науки с пиковой производительностью 2 экзафлопса. Модели, охватывающие сотни километров и содержащие до 500 миллиардов расчетных точек, выявили, что низкие жесткие здания наиболее уязвимы в районах с твердыми породами, а высокие гибкие — в зонах с мягкими грунтами, где низкочастотные волны усиливаются.

В сотрудничестве с Тихоокеанским инженерно-сейсмологическим исследовательским центром (PEER) команда создает открытый веб-инструмент, который позволит инженерам тестировать проекты зданий на основе смоделированных движений грунта. Данные EQSIM также используются для улучшения сейсмических приборов и систем экстренного реагирования.

«Самое лучшее в этих симуляциях — то, что нам не нужно ждать следующего "Большого" землетрясения, чтобы понять, как оно на нас повлияет», — отметил ведущий исследователь Дэвид МакКаллен. — «Если кому-то понадобится информация о землетрясении магнитудой 7.5 в этих критических районах, мы сможем предоставить им исчерпывающие данные».