世界最速のスーパーコンピュータでリアルタイム津波警報システムを研究(LLNL scientists explore real-time tsunami warning system on world’s fastest supercomputer)

2025-08-12  ローレンスリバモア国立研究所(LLNL)

ローレンス・リバモア国立研究所(LLNL)は、世界最速のエクサスケール・スーパーコンピュータ「El Capitan」(理論性能2.79エクサフロップス)を用い、リアルタイム津波警報システムの開発を進めている。東オースティン大学オーデン研究所やカリフォルニア大学サンディエゴ校スクリップス海洋研究所と連携し、地震による海底変動や津波発生を物理モデルで膨大に事前計算し、シミュレーション・ライブラリとして蓄積。実際の地震発生時には、このライブラリを利用して小規模GPUクラスタ上で数秒以内に高精度な津波予測を行える。従来困難だった物理モデルに基づく即時予測を可能にし、防災対応の迅速化と精度向上に寄与することが期待される。

世界最速のスーパーコンピュータでリアルタイム津波警報システムを研究(LLNL scientists explore real-time tsunami warning system on world’s fastest supercomputer)Scientists at Lawrence Livermore National Laboratory have helped develop an advanced, real-time tsunami forecasting system — powered by El Capitan, the world’s fastest supercomputer — that could dramatically improve early warning capabilities for coastal communities near earthquake zones. (Images courtesy of Tzanio Kolev/LLNL)

<関連情報>

極限スケールでのリアルタイムベイジアン推論:カスケディア沈み込み帯への津波早期警報用のデジタルツイン Real-time Bayesian inference at extreme scale: A digital twin for tsunami early warning applied to the Cascadia subduction zone

Stefan Henneking, Sreeram Venkat, Veselin Dobrev, John Camier, Tzanio Kolev, Milinda Fernando, Alice-Agnes Gabriel, Omar Ghattas
arXiv  Submitted on 23 Apr 2025
DOI:https://doi.org/10.48550/arXiv.2504.16344

Abstract

We present a Bayesian inversion-based digital twin that employs acoustic pressure data from seafloor sensors, along with 3D coupled acoustic-gravity wave equations, to infer earthquake-induced spatiotemporal seafloor motion in real time and forecast tsunami propagation toward coastlines for early warning with quantified uncertainties. Our target is the Cascadia subduction zone, with one billion parameters. Computing the posterior mean alone would require 50 years on a 512 GPU machine. Instead, exploiting the shift invariance of the parameter-to-observable map and devising novel parallel algorithms, we induce a fast offline-online decomposition. The offline component requires just one adjoint wave propagation per sensor; using MFEM, we scale this part of the computation to the full El Capitan system (43,520 GPUs) with 92% weak parallel efficiency. Moreover, given real-time data, the online component exactly solves the Bayesian inverse and forecasting problems in 0.2 seconds on a modest GPU system, a ten-billion-fold speedup.

1702地球物理及び地球化学
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