普林斯頓大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)利用深度學(xué)習(xí)提高預(yù)測準(zhǔn)確度，該預(yù)測有望助力阻止等離子體聚變反應(yīng)的中斷。

普林斯頓大學(xué)的研究人員利用AI技術(shù)，幫助證實(shí)了在可預(yù)見的未來，核聚變能量供應(yīng)的可行性。

自從20世紀(jì)50年代以來，科學(xué)家就已開始試圖從氘和氚（氫的豐富同位素）的聚變反應(yīng)（類似太陽的熱核聚變）中獲取清潔能源。這種無碳能源可在3.6億華氏度下獲取，為電力的產(chǎn)生提供了絕佳途徑。一般電力產(chǎn)生的過程為：通過將水加熱生成蒸汽，蒸汽推動(dòng)渦輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，進(jìn)而產(chǎn)生無數(shù)千瓦的電力。

為了成功獲取這種能源，首先要做的就是精確預(yù)測磁約束熱核聚變等離子體（也稱為托卡馬克裝置）中的危險(xiǎn)中斷事件的發(fā)生時(shí)間。由于時(shí)間有限，要在中斷發(fā)生之前的30毫秒之內(nèi)進(jìn)行干預(yù)，以通過等離子體控制預(yù)留緩沖時(shí)間。

普林斯頓大學(xué)天體物理學(xué)系等離子體物理研究生項(xiàng)目的研究教授William Tang及其研究團(tuán)隊(duì)已利用深度學(xué)習(xí)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，接收大型信號數(shù)據(jù)庫中的相關(guān)中斷信號，這些信號均由領(lǐng)先的核聚變實(shí)驗(yàn)設(shè)施發(fā)出。他們已通過GPU加速計(jì)算證明，大幅提高中斷預(yù)測的準(zhǔn)確度和速度是有可能實(shí)現(xiàn)的。

高速預(yù)測

基于歐洲聯(lián)合環(huán)狀反應(yīng)爐(JET，全球領(lǐng)先的托卡馬克裝置)中的實(shí)驗(yàn)數(shù)值，普林斯頓大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)已改進(jìn)了其預(yù)測技術(shù)。EUROfusion JET已經(jīng)授權(quán)普林斯頓大學(xué)將其數(shù)據(jù)庫中超過0.5 pb的數(shù)據(jù)，輸入至核聚變循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(FRNN)深度學(xué)習(xí)軟件。

之前應(yīng)用CPU的中斷預(yù)測準(zhǔn)確度有所提高，但預(yù)測出的典型問題通常需要一天時(shí)間來計(jì)算。Tang的研究團(tuán)隊(duì)僅在20個(gè)NVIDIA Tesla K20 GPU上部署其FRNN軟件，就可以大幅提升預(yù)測準(zhǔn)確度，并將執(zhí)行時(shí)間縮短至一小時(shí)以內(nèi)。他們已進(jìn)一步證實(shí)，可以擴(kuò)展至數(shù)千個(gè)更高級的GPU進(jìn)行軟件部署。Tang稱之為一項(xiàng)“令人驚嘆的”發(fā)現(xiàn)，因?yàn)閷⑸疃葘W(xué)習(xí)應(yīng)用于核聚變研究可以加速科學(xué)發(fā)現(xiàn)，從而在全球范圍內(nèi)及更廣泛的應(yīng)用產(chǎn)生潛在的巨大影響。

普林斯頓大學(xué)早期建成的托卡馬克核聚變實(shí)驗(yàn)反應(yīng)堆

憑借這一研究成果，Tang及其所在的普林斯頓大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)入圍NVIDIA 2018年度全球影響力大獎(jiǎng)(Global Impact Award)決賽的前四名。該獎(jiǎng)項(xiàng)每年都會(huì)頒發(fā)20萬美元，以獎(jiǎng)勵(lì)利用NVIDIA技術(shù)在解決社會(huì)、人道主義與環(huán)境問題上取得突破性進(jìn)展的研究人員。

功能擴(kuò)展

普林斯頓大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)已使用數(shù)千個(gè)GPU擴(kuò)展其FRNN軟件的功能，以此訓(xùn)練深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。近日，繼FRNN在美國橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室(Oak Ridge National Laboratory)泰坦超級計(jì)算機(jī)的6000個(gè)Tesla K20 GPU上成功運(yùn)行后，F(xiàn)RNN已證明了東京工業(yè)大學(xué)(Tokyo Institute of Technology)的日本新型TSUBAME-3超級計(jì)算機(jī)上的NVIDIA Tesla P100 GPU數(shù)量能夠擴(kuò)展至3000個(gè)。

為進(jìn)一步推進(jìn)核聚變研究，中斷預(yù)測和控制至關(guān)重要：研究目標(biāo)是在法國在建的國際托卡馬克裝置（造價(jià)250億美元）上進(jìn)行測試。他們的研究課題是生產(chǎn)一種可持續(xù)燃燒等離子體，這種等離子體比JET提供的成功度量平衡等離子體（即能量輸出等于能量輸入）大一個(gè)數(shù)量級。

Tang表示，這可以與懷特兄弟在基蒂霍克(Kitty Hawk)試飛飛機(jī)相提并論。“航空業(yè)對交通運(yùn)輸業(yè)的后續(xù)影響是不可估量的，但清潔的聚變能源很有可能帶來更大的影響?！?/p>