A new generation of laser wakefield accelerators (LWFA), supported by the extreme accelerating fields generated in the interaction of PW-Class lasers and underdense targets, promises the production of high quality electron beams in short distances for multiple applications. Achieving this goal will rely heavily on numerical modelling to further understand the underlying physics and identify optimal regimes, but large scale modelling of these scenarios is computationally heavy and requires the efficient use of state-of-the-art petascale supercomputing systems. We discuss the main difficulties involved in running these simulations and the new developments implemented in the OSIRIS framework to address these issues, ranging from multi-dimensional dynamic load balancing and hybrid distributed/shared memory parallelism to the vectorization of the PIC algorithm. We present the results of the OASCR Joule Metric program on the issue of large scale modelling of LWFA, demonstrating speedups of over 1 order of magnitude on the same hardware. Finally, scalability to over ∼106 cores and sustained performance over ∼2 P Flops is demonstrated, opening the way for large scale modelling of LWFA scenarios.
レーザー航跡場加速器（LWFA）の新世代は、PW級レーザーと低密度ターゲットの相互作用において生成される極端な加速場によって支えられており、多様な応用に向けて短距離での高品質電子ビームの生成を約束するものである。この目標の達成は、基礎となる物理の理解を深め、最適な領域を特定するための数値モデリングに大きく依存することになるが、これらのシナリオの大規模モデリングは計算負荷が高く、最先端のペタスケールスーパーコンピューティングシステムの効率的な利用を必要とする。本稿では、これらのシミュレーションの実行に伴う主な困難と、これらの課題に対処するためにOSIRISフレームワークに実装された新たな開発について論じる。その内容は、多次元動的負荷分散、分散・共有メモリハイブリッド並列処理から、PICアルゴリズムのベクトル化にまで及ぶ。我々は、LWFAの大規模モデリングに関するOASCR Joule Metricプログラムの結果を示し、同一ハードウェア上で1桁を超える高速化を実証する。最後に、約10^6コアを超えるスケーラビリティと、約2 P Flopsを超える持続性能が実証され、LWFAシナリオの大規模モデリングへの道を開くものである。