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EXtreme-scale Algebraic MultiGrid for next-generation nuclear simulations

Description du projet

Des outils améliorés pour simuler les futurs systèmes nucléaires

La fusion nucléaire promet une énergie sûre et durable, mais elle est confrontée à des défis importants, tels que le maintien de températures élevées et le confinement du plasma chaud dans des champs magnétiques. En attendant, la fission nucléaire fournit une énergie sans émissions de carbone et des avantages médicaux, mais elle souffre de problèmes de sécurité, de durée de vie des réacteurs et de gestion des déchets. La dynamique des fluides computationnelle (CFD) et la magnétohydrodynamique (MHD) sont essentielles pour faire progresser les technologies nucléaires, mais elles sont limitées par la complexité des calculs à l’échelle extrême. Avec le soutien du programme Actions Marie Skłodowska-Curie, le projet EXAMG prévoit de développer un nouveau préconditionneur multigrille algébrique (AMG) qui exploite la puissance des GPU pour des simulations efficaces de CFD et de MHD. En soutenant la stratégie énergétique de l’UE, EXAMG devrait contribuer à faire progresser la sûreté des réacteurs, la recherche sur la fusion et l’écosystème européen de supercalculateurs exascales.

Objectif

Nuclear fusion has long been promised to deliver safe, cost-efficient, and sustainable energy production, but significant technical challenges remain in tokamak design, such as sustaining the extremely high required temperatures and effectively confining the hot plasma with magnetic fields. Conversely, nuclear fission provides large quantities of carbon-free energy and has critical medical applications but poses serious safety challenges, including reactors' limited life and nuclear waste management. In this context, Computational Fluid Dynamics (CFD) and Magnetohydrodynamics (MHD) are key to accelerating nuclear innovation. However, tokamak and nuclear reactor thermal hydraulics simulations remain elusive due to the vast range of relevant scales involved, which demand an exceptional mesh resolution. As a result, advancing these applications requires very accurate CFD and MHD simulations, whose main bottleneck is the solution of extreme-scale sparse linear systems. The EXAMG project addresses such challenges through a novel Algebraic Multigrid (AMG) preconditioner whose design involves a multidisciplinary team with experts in numerical linear algebra, high-performance computing and computational physics. The resulting linear solver combines multigrid's optimality with AMG's flexibility and GPU's capabilities to deliver a lightweight yet very effective method enabling unprecedented extreme-scale CFD and MHD simulations of nuclear applications. In this sense, EXAMG targets several key research areas of the EU's energy research and innovation strategy, directly supports the European Green Deal and closely aligns with Euratom research domains by fostering the extreme-scale simulations required to develop safer fission reactors and advance the European fusion roadmap. Furthermore, deploying advanced software for exascale supercomputers contributes to the EuroHPC JU major initiative of establishing a world-class European HPC ecosystem.

Champ scientifique (EuroSciVoc)

Mots‑clés

Programme(s)

Thème(s)

Régime de financement

HORIZON-TMA-MSCA-PF-EF - HORIZON TMA MSCA Postdoctoral Fellowships - European Fellowships

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Appel à propositions

(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) HORIZON-MSCA-2024-PF-01

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Coordinateur

UNIVERSITA DEGLI STUDI DI PADOVA
Contribution nette de l'UE
€ 209 483,28
Coût total
Aucune donnée

Partenaires (3)