Использование высокопроизводительных вычислительных систем для моделирования фарлей-бунемановской неустойчивости
Ковалёв Д.В., Смирнов А.П., Шмелев А.Б.

Фарлей-бунемановская неустойчивость плазмы наблюдается в Е-области ионосферы Земли на высотах порядка 100 км. Для описания неустойчивости используется математическая модель, включающая в себя кинетическое уравнение для ионов, зависящее от пяти независимых переменных (двух пространственных координат, двух скоростных координат и времени); гидродинамические уравнения для плотности и температуры электронов, зависящие от трех независимых переменных (двух пространственных координат и времени) и двумерное уравнение Пуассона для потенциала турбулентного электрического поля. Задача решается численно на многомерной сетке, содержащей в среднем порядка 109 точек. Создан комплекс программ для решения такой задачи на суперкомпьютерных системах. Расчеты проводились на вычислительных комплексах СКИФ МГУ "Чебышёв" и IBM Blue Gene/P факультета ВМК МГУ. Приведены результаты анализа эффективности работы и показана хорошая масштабируемость созданного комплекса программ. На вариантах расчетов с большим объемом используемых данных (порядка 100 Гб) и числом процессоров порядка 2000 получено ускорение близкое к линейному. Работа выполнена в рамках программы СКИФ-ГРИД и при поддержке государственных контрактов № П-958 от 20 августа 2009 г. и № 02.740.11.0196 по Федеральной целевой программе "Научные и научно-педагогические кадры инновационной России", а также РФФИ (код проекта 08-01-00721).

Ключевые слова: ионосфера, моделирование плазмы, неустойчивость в плазме, кинетическое уравнение, высокопроизводительные вычисления

Название статьи, аннотация и ключевые слова на английском языке

Ковалёв Д.В., мл. науч. сотр., e-mail: dmitry.kovalev@mail.ru; Смирнов А.П., доцент, e-mail: sap@cs.msu.su; Шмелев А.Б., ст. науч. сотр., e-mail: alex_shmelev@inbox.ru - Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, факультет вычислительной математики и кибернетики, ГСП-1, Ленинские горы, 119991, Москва