Десять в восемнадцатой степени операций с плавающей точкой в секунду — это и есть экзафлопс — будут совершенно необходимы, когда термоядерный синтез окажется готов к переходу из лабораторий в энергетику.
Производительность самого мощного в мире японского суперкомпьютера "К" — 8,16 петафлопс (десять в пятнадцатой степени операций в секунду). Увеличение ее на три порядка — до экзафлопного уровня — не сводится к наращиванию возможностей "железа". Мешает проблема, которую IT-специалисты называют проблемой масштабирования, а сущность хорошо иллюстрирует поговорка "нельзя получить ребенка через месяц, собрав девять беременных женщин".
Кроме масштабирования, у создателей экзафлопных компьютеров есть и другие проблемы — надежность (должны работать сотни тысяч процессоров, что увеличивает риск отказа) и энергопотребление.
Отдельная тема — математическое обеспечение. Модель, например, атмосферы Земли строится как совокупность огромного числа "кубиков". Каждый описывается набором характеристик: температура, влажность, давление и т.д. На модели атмосферы в целом задаются скорость и направление воздушных потоков, чередование дня и ночи, времен года и пр. Затем моделируется взаимодействие атмосферного воздуха в соседних "кубиках" — и если математик описал его правильно и без ошибок запрограммировал, для прогноза погоды не потребуется ничего, кроме начальных данных. Но одновременное развитие атмосферных событий в каждом из "кубиков" породит колоссальный объем данных, которые должны быть правильно распределены между процессорами — и этот обмен данными "съест" весь выигрыш от увеличения вычислительной мощности.
Необходимы эффективные алгоритмы, учитывающие эту опасность.
Еще более сложные вычислительные задачи возникают в связи с созданием установок управляемого термоядерного синтеза. Профессор, д.ф.-м.н. Владимир Гасилов, завотделом Института прикладной математики им. М. В. Келдыша РАН, говорит: "Политическое решение о международной термоядерной установке есть, конструкция воплощена в чертежи, начато строительство, но проработанных инженерных решений еще нет, и чтобы они появились, нужна масса вычислительной работы на экзафлопных компьютерах. Никто не знает, например, как поведут себя стенки реактора под воздействием тепловых потоков невиданной мощности — это предстоит моделировать".
А для этого необходимо заранее создавать вычислительные алгоритмы, способные задействовать экзафлопную мощность.
В 2010 году принята объединенная исследовательская программа стран "восьмерки" G8MUREFU-179-063 — она должна обеспечить использование экзафлопного компьютера для расчетов систем термоядерного синтеза. Российскими участниками проекта (группой руководит чл.-корр. РАН, директор ИПМ РАН Борис Четверушкин) исследуются средства моделирования пристеночных процессов. Интенсивность воздействия тепловых потоков там такова, что на квадратный метр придется порядка 10 MВт. Это сопоставимо с воздействием плазмы на тепловой экран спускаемого космического аппарата, когда тот входит в плотные слои атмосферы.
Промышленная энергетическая установка должна обеспечить не минуты, как капсула с космонавтами, а десятки и сотни тысяч часов безотказной работы. Экспериментировать с материалами и конструкцией реактора на физических моделях немыслимо.
Создание алгоритмов и компьютеров для таких расчетов — проблема, по сложности сопоставимая с созданием интернет-технологий, полагает Гасилов.