2022年戈登·贝尔奖授予等离子体加速器突破研究

ACM 总裁Cherri Pancake（图片来源：网络）

11月17日，在达拉斯举行的SC22颁奖典礼上，ACM将2022年戈登贝尔奖（Gordon Bell Prize）授予了一组研究人员，他们利用四台超级计算机（包括百万兆次级前沿系统），对等离子加速器技术进行了深入研究。

SC22每年都会颁发戈登·贝尔奖，以庆祝高性能计算方面的杰出成就，跟踪并行计算随着时间推移的最新进展，特别是奖励将高性能计算应用于科学、工程和大规模数据分析应用的创新。在选出获胜团队之前，先选出了6名决赛选手，获胜团队将获得由HPC名人Gordon Bell提供的10,000美元奖金。

11月15日，现场座无虚席，六名决赛入围者展示了他们的研究，主题包括金属材料的原子分析、生物医学文献分析、基于激光加速器的等离子体模拟、地统计学、地震建模、和蛋白质相似性搜索。

其中，去年获得戈登·贝尔奖的中国百万兆次级系统OceanLight再次亮相，这一次，它遇到了美国橡树岭国家实验室的百万兆次级系统Frontier，该系统于今年夏天首次亮相。决赛名单还包括：RIKEN的Fugaku系统、Oak Ridge的Summit系统、NERSC的Perlmutter系统、KAUST的Shaheen-2系统。

最终，ACM总裁Cherri Pancake上台宣布，2022年ACM戈登贝尔奖授予等离子加速器团队，他们的研究成果是：在百万兆次级超级计算机上，通过突破性的网格精炼单元内粒子模拟，推动了基于激光的电子加速器设计前沿发展。

获胜团队在SC22的舞台上领取戈登贝尔奖。（图片来源：网络）

获奖团队论文的标题是“围绕动力学等离子体模拟”，在最新Top500名单上排名前7的超级计算机中，该团队使用了4台超级计算机：Frontier，Fugaku（RIKEN），Summit和Perlmutter（NERSC）。劳伦斯伯克利国家实验室的资深科学家Jean-Luc Vay概述了这项研究的科学运行，这些研究是在Frontier（最多8,192个节点），Fugaku（最多93,000个节点）和Summit（最多4,096个节点）上进行的。

Vay解释说：“相比于现有的粒子加速器，等离子体加速器技术可以提供更紧凑的粒子加速器，为科学、工业、安全和健康领域令人兴奋的新应用打开大门。利用世界上最强大的超级计算机推动研究，使这些复杂的机器成为现实，这非常振奋人心。”

获奖团队包括来自Arm，Atos，CEA-Université Paris-Saclay，ENSTA Paris，GENCI，Lawrence Berkeley National Lab和RIKEN的研究人员。相关论文的作者有：Luca Fedeli, Axel Huebl, France Boillod-Cerneux, Thomas Clark, Kevin Gott, Conrad Hillairet, Stephan Jaure, Adrien Leblanc, Rémi Lehe, Andrew Myers, Christelle Piechurski, Mitsuhisa Sato, Neil Zaïm, Weiqun Zhang, Jean-Luc Vay and Henri Vincenti。以下是论文摘要。

摘要：本文提出了一种首创的网格精炼（MR）大规模并行粒子单元（PIC）代码，用于在Frontier，Fugaku，Summit和Perlmutter超级计算机上优化的动力学等离子体模拟。在WarpX PIC代码中实现的主要创新包括：

（1）三级并行化方案。

在数百万个A64FX内核以及数万个AMD和Nvidia GPU上，该方案展示了可移植性和扩展性；

（2）突破性的网格细化功能。

在本文列出的科学案例中，可以节省1.5倍至4倍的计算需求； 

（3）多个MR级别之间的有效负载平衡方案。

MR PIC代码实现了在Frontier，Fugaku和Summit上进行激光物质相互作用的3D模拟，到目前为止，这些都超出了标准代码的范围。这些模拟有助于突破紧凑型激光电子加速器的主要限制，对于下一代高能物理实验和超高剂量率FLASH放射治疗，这些电子加速器有望成为候选者。

虽然等离子加速器团队获得了奖项，但其他五名被提名者也代表了世界上一些最快的超级计算机的典范性使用。ACM 还连续第三年授予“基于高性能计算的Covid-19研究”戈登贝尔特别奖。

编译：卉可

编辑：慕一