科學研究人員現在可以利用超級計算機的強大能力來預測地震的發展過程及其可能造成的損害。這個項目由資深研究科學家 David McCallen 領導，並與來自洛倫斯伯克利國家實驗室和奧克里奇國家實驗室的團隊合作進行。該團隊正在開發迄今為止最創新和先進的模擬技術，以研究地震的動態。這些模擬提供了新的信息，使人們了解地質條件如何影響地震強度和對建築基礎設施的影響。McCallen 表示：「我們的目標是從頭到尾模擬地震，並追踪地震波在地球中的傳播過程。」他強調，了解這些波如何與建築物和關鍵能源基礎設施相互作用非常重要，以評估其脆弱性，從而在下一次地震來臨之前做好準備。
傳統的地震模擬過去依賴粗略數據來研究地震的地面運動，這是因為科學家缺乏足夠的計算能力來創建具備足夠真實度的特定地區地震模型。隨著這個研究項目，即超級計算專案（Exascale Computing Project, ECP）的啟動，McCallen 和他的團隊開發了 EQSIM（地震模擬編碼器）。EQSIM 能夠顯示地震波如何與土壤、山脈和山谷相互作用，從而放大或減弱地震能量。這些模擬揭示了建築物和關鍵基礎設施（如水和電力系統）在地震期間如何反應或失效。McCallen 還透露，在某些情況下，小型地震可能會比大型地震造成更大的損害，這取決於底層的地質條件。
為了研究這一現象，了解地面運動的發生方式至關重要，這種運動在地震期間是強烈的震動。其定義由三個地質因素構成：斷層類型、土壤成分和地表地形。EQSIM 目前正在用來模擬美國三大主要斷層帶的地震活動：舊金山灣區、洛杉磯盆地和位於中西部東部的新馬德里地區。這項活動的目的是為了理解地震在不同地質條件下的行為。EQSIM 團隊在加利福尼亞州使用位於田納西州奧克里奇的著名 Frontier 超級計算機進行模擬。Frontier 每秒可提供兩個 exaflops 的計算能力，速度約為舊有 petascale 系統的 1,000 倍，並採用 AMD GPU 作為其運算核心。
這些模型覆蓋數百公里，並使用多達 5000 億個網格點，以驚人的細節捕捉地質和基礎設施。McCallen 指出：「模擬背後的驚人計算能力使我們能夠看到地震波的熱點，以及能量如何穿過不同層次的岩石和土壤。」他補充說：「我們可以清晰地看到波的堆疊位置，以及這些地面運動如何轉化為建築風險和損害，而這在每個地點都顯著不同。」每次模擬大約需要 90 秒的物理時間，並產生約 3PB 的輸出數據，這相當於約 750,000 部長片電影或 1.5 兆頁的文本。
McCallen 強調：「這些模擬的最棒之處在於，我們不必等待下一次的『大地震』來了解它將如何影響我們。如果任何人需要有關 7.5 級地震在這些關鍵區域的信息，我們可以提供生成的全面數據。」這項研究得到了美國能源部（DOE）網絡安全、能源安全和應急回應辦公室的支持，該辦公室領導著保護和加強美國能源基礎設施抵禦各種危害的努力。
