Пресс-центр

Petaquake использует GPU для отслеживания волн, генерируемых землетрясениями
Petaquake

Землетрясения могут происходить без предупреждений, даже в районах с обширной историей сейсмической активности, что доказывает трагедия 2011 года в Японии. Для эффективного изучения землетрясений необходимы необычайно точные моделирования, которые учитывают целый ряд факторов, включая данные о неисправностях, региональные риски, геологическую местность и предполагаемый характер разломов. На основе этих данных можно спрогнозировать, каким образом будут повреждены различные районы.

Задача


Современное прогнозирование движений земли на основе физики использует динамические модели разломов от землетрясений. Эти модели требуют огромного объема памяти и огромной вычислительной мощности, которые возможны только на высокопроизводительных суперкомпьютерах, доступ к которым ограничен. «Очень трудно делать такие прогнозы из-за сложности среды, в которой распространяются колебания, вызванные землетрясением», - объяснил Лапо Боши (Lapo Boschi), доктор философии и старший научный сотрудник группы исследования сейсмологии и геодинамики в Институте геофизики в Цюрихе.

Решение


Проект Petaquake – это совместная научная работа сейсмологов (Швейцарский государственный технический университет Цюриха) и специалистов в области компьютерных технологий/математиков (Базельский университет), направленная на дальнейшее развитие методов совершенствования изображений недр Земли. Их главная задача – сократить уровень предположений относительно будущих землетрясений и увеличить возможности их заблаговременного обнаружения и предупреждения.

Создавая координатную сетку и определяя, насколько тяжелая, мягкая или непрочная почва в каждом сегменте, сейсмологи могут создать трехмерную модель поверхности Земли в конкретном районе и точно вычислить, как каждый сегмент участка будет колебаться во время землетрясения. Используя ультра высокие вычислительные возможности GPU, Petaquake может отслеживать волны, генерируемые землетрясениями, для создания 3D карт внутренней структуры Земли.

«Концепция аналогична концепции медицинской томографии, но вместо электромагнитных волн (рентгеновских лучей) мы используем упругие волны (сейсмические волны), - рассказал Тархе Ниссен-Мейерс (Tarje Nissen-Meyers), доктор философии и старший научный сотрудник группы исследования сейсмологии и геодинамики в Институте геофизики в Цюрихе. – Очень полезно знать, что находится под городом, чтобы предпринять необходимые меры предосторожности при строительстве». Эта информация также позволяет заранее спрогнозировать и предупредить потенциально опасные перебои в работе предприятий высокой группы риска, таких как больницы и электростанции.

Значение


Улучшение геологических 3D структур, которые важны для оценки любого землетрясения, требует решения волноводной системы на сотнях миллионов точек сетки с тысячами таких моделирований на больших компьютерах. Эти моделирования, которые выполняются на порядок быстрее на GPU по сравнению с CPU, могут помочь статистически оценить последствия гипотетического землетрясения. Раннее оповещение о землетрясении играет большую роль, так как наиболее значительный ущерб причиняет не первая, а последующие волны землетрясения. Это приведет к лучшему пониманию уникальных особенностей отдельных географических местоположений и позволит городским властям должным образом планировать свои действия, усиливая меры по соблюдению строительных норм и правил и определяя потенциально опасные перебои в работе предприятий высокой группы риска.

Ожидается, что коды Petaquake на GPU обеспечат ускорение объемных вычислений в 10-40 раз. Раньше проекты длительностью более двух лет были недоступны большинству аспирантов, научных сотрудников, занимающихся научной работой после защиты докторской диссертации, или же выходили за рамки финансируемого периода времени. Однако благодаря высокой производительности GPU исследование, которое раньше занимало около двух лет, теперь может быть выполнено за месяц – временной масштаб, который делает вычислительные исследования осуществимыми и доступными по цене.

Также GPU позволяют более быстро провести оценку причиненного ущерба непосредственно после землетрясения. «Благодаря GPU мы можем провести оценку толчков за 15 минут, а не за 5 часов», - продолжил Ниссен-Мейерс. В первые часы после землетрясения очень важно понять масштаб причиненного ущерба, чтобы наилучшим образом организовать работу спасательных бригад.

На данный момент Petaquake не имеет возможности прогнозировать будущие землетрясения, зато может работать с распространением реальных сейсмических волн, чтобы оценить влияние будущих потенциальных землетрясений на движения земной поверхности и потенциальную опасность. К тому же Petaquake может сконцентрировать свою работу на общем влиянии сейсмических толчков на отдельный континент.

На данный момент проводятся исследовательские работы по изучению Европы, чтобы узнать больше о тектонической активности, вызванной столкновением Африканской и Евразийской плит, и определить причины большой сейсмичности в Италии и Греции.