- Ein britischer und ein US-amerikanischer Supercomputer sollen verbunden werden, um KI-Modelle zu trainieren.
- Die Allianz zielt darauf ab, verschiedene experimentelle Datenquellen zu kombinieren, um die Vorhersagegenauigkeit zu verbessern.
- Digitale Zwillinge sollen dabei helfen, das Verhalten von Fusionsmaschinen zu simulieren und vorherzusagen.
- Die Partner erkunden noch technische Anforderungen und weitere Schritte.
Zwei Fusions-Supercomputer in Großbritannien und den USA könnten miteinander verbunden werden, um dasselbe KI-Modell mit experimentellen Daten verschiedener Fusionsanlagen zu trainieren – was Ingenieuren helfen könnte, künftige Kraftwerke schneller zu entwerfen. Die vorgeschlagene Allianz SUNRISE-STELLAR-AI würde den Supercomputer SUNRISE der UK Atomic Energy Authority (UKAEA) und die Plattform STELLAR-AI des Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) verknüpfen. Die Forschenden werden Daten der Anlage MAST Upgrade in Oxfordshire sowie der NSTX-U-Anlage des PPPL in New Jersey nutzen.
Beide Anlagen sind kompakte sphärische Tokamaks mit ähnlichem Design. Diese Ähnlichkeit ermöglicht es den Forschenden, experimentelle Ergebnisse zu kombinieren und Modelle zu trainieren, die das Verhalten von Fusionsplasma in unterschiedlichen Maschinen besser vorhersagen können.
Die Partnerschaft wurde am 14. September auf dem Global Fusion Policy Summit in London bekannt gegeben und basiert auf einer Absichtserklärung, die UKAEA und PPPL im Juni unterzeichnet hatten. Derzeit befindet sie sich noch in der Phase, in der geprüft wird, wie die Computerplattformen verknüpft werden können.
Ziele und Bedeutung der Allianz
Die vorgeschlagene Allianz wird es beiden Supercomputing-Plattformen ermöglichen, mit Daten aus den Laboren beider Länder dieselben Modelle zu trainieren. Dies ist entscheidend, da Modelle, die ausschließlich mit den Ergebnissen einer einzelnen Fusionsmaschine trainiert wurden, bei der Übertragung auf eine andere Maschine oft Schwierigkeiten bereiten. Durch die Zusammenführung der Datensätze hoffen die Forschenden, maschinelle Lernsysteme zu entwickeln, die mehr zugrundeliegende Physik erfassen und verlässlichere Vorhersagen treffen. Darüber hinaus können die Computer durch Simulationen Lücken in experimentellen Datensätzen schließen und so den Untersuchungsbereich der Forschenden erweitern, ohne jedes Szenario an der physischen Maschine durchspielen zu müssen.
Joe Milnes, Executive Director für Engineering und Computing bei der UK Atomic Energy Authority, erklärte: „Fusion ist eine der großen wissenschaftlichen und technischen Herausforderungen unserer Zeit. Um diese Herausforderungen zu bewältigen, braucht Fusion Partnerschaften. Die USA und Großbritannien sind globale Spitzenreiter in der Fusionsforschung, und die Allianz von SUNRISE und STELLAR-AI wird auf einer langen Geschichte transatlantischer Zusammenarbeit aufbauen, um die Fusion weiter voranzubringen."
SUNRISE ist der erste KI-Supercomputer Großbritanniens, der sich auf Fusionsenergie konzentriert, und wurde mit 45 Millionen Pfund staatlicher Mittel gefördert. STELLAR-AI stellt die KI- und Hochleistungsrechenkapazitäten des PPPL bereit. Das geplante System soll zudem die Entwicklung digitaler Zwillinge für beide Tokamak-Anlagen unterstützen.
Anwendungen digitaler Zwillinge
Digitale Zwillinge werden detaillierte virtuelle Modelle von Fusionsmaschinen auf Basis experimenteller Daten erstellen. Die Forschenden können dieses Modell nutzen, um Änderungen in der Software zu testen und das Verhalten der Maschine vorherzusagen, bevor sie an der physischen Anlage umgesetzt werden. Rob Akers, Direktor für Computerprogramme bei der UKAEA, wies darauf hin, dass beide Labore experimentelle Daten mit Simulationen kombinieren könnten, um bisher nicht getestete Betriebsbedingungen zu erkunden. Er sagte: „Wir können gemeinsam digitale Zwillinge dieser beiden Maschinen entwickeln, um die Auslegung künftiger Fusionskraftwerke zu unterstützen und prädiktivere, tragfähigere Modelle sphärischer Tokamaks zu schaffen, die für Fusionsingenieure letztlich von größerem praktischem Nutzen sind."
Die Allianz könnte künftig auch Projekte wie den Spherical Tokamak for Energy Production (STEP Fusion) in Großbritannien und den vorgeschlagenen Advanced Reactor für sphärische Tokamaks des PPPL unterstützen. Die Forschenden planen zudem zu untersuchen, wie sich Rechenaufgaben zwischen den beiden Plattformen – trotz ihrer unterschiedlichen Hardware – verlagern lassen. Dies würde es Wissenschaftlern ermöglichen, das für eine bestimmte Rechenaufgabe jeweils am besten geeignete System auszuwählen. Shantenu Jha, Leiter für Computational Science am PPPL, sagte: „Unser Ziel ist es, Modelle und Experimente frei zwischen diesen beiden Systemen fließen zu lassen.
Wir werden eine Reihe von Supercomputern in eine einzige Engine für Fusionsentdeckungen verwandeln."
Die vorgeschlagene Allianz ist noch kein operativer, gemeinsamer Supercomputer. Die Partner prüfen weiterhin die technischen Anforderungen und die nächsten Schritte.
Britisch-amerikanische Zusammenarbeit treibt die Zukunft der Fusionsforschung voran
Die Zusammenarbeit zwischen Großbritannien und den USA auf dem Gebiet der Fusionsforschung steht für die gemeinsamen Anstrengungen der globalen Wissenschaftsgemeinde zur Lösung der Energieherausforderungen. Durch die Bündelung der Supercomputing-Ressourcen beider Länder können die Forschenden KI-Modelle effektiver trainieren – was für die Auslegung künftiger Kraftwerke entscheidend ist. Die Anwendung digitaler Zwillinge wird es ermöglichen, Experimente in virtuellen Umgebungen durchzuführen und so die Risiken und Kosten realer Operationen zu senken. Diese länderübergreifende Kooperation dürfte den technologischen Fortschritt beschleunigen und könnte der globalen Energiewende neue Impulse verleihen.