Понимание того, как будет развиваться Вселенная, является серьезной задачей, поскольку эти преобразования происходят на временных масштабах, значительно превышающих человеческую жизнь. Поэтому моделирование — лучший способ получить представление об этих изменениях.
В исследовании, проведенном в начале ноября, рассказывается о том, как исследовательская группа организовала крупнейшее на сегодняшний день астрофизическое моделирование, используя поразительную мощь суперкомпьютера Frontier. Суперкомпьютер Frontier, введенный в эксплуатацию в 2022 году и расположенный в Национальной лаборатории Оук-Ридж (США), представляет собой значительное достижение в области высокопроизводительных вычислений.
Благодаря процессорам AMD EPYC и графическим ускорителям AMD Instinct он способен выполнять сложные вычисления в беспрецедентных масштабах. Благодаря своей исключительной производительности он является одной из самых быстрых систем в мире и находит применение в таких различных областях, как физика, климатология и биология. До недавнего времени Frontier носил титул самого мощного суперкомпьютера на планете, а затем был вытеснен El Capitan, который должен вступить в строй в 2024 году. К Frontier регулярно обращаются для проведения сложнейших симуляций.
В рамках проекта ExaSky, возглавляемого исследователями из Аргоннской национальной лаборатории, он был использован для проведения, по словам ученых, «крупнейшего астрофизического моделирования из когда-либо проводившихся». Этот прорыв обещает открыть глубокое понимание структуры и эволюции Вселенной и дать исследователям возможность проверить, подтвердить или опровергнуть различные космологические теоретические модели. Чтобы проиллюстрировать масштаб этой симуляции, исследователи отмечают, что она охватывает такие же обширные области Вселенной, как и те, которые исследуются крупнейшими телескопами. Совместное моделирование обычной и темной материи
По словам исследователей, расчеты, проведенные с помощью Frontier, служат основой для одновременного моделирования обычной и темной материи. Они объясняют, что для адекватного понимания динамики Вселенной моделирование должно включать оба этих элемента.
«Чтобы понять Вселенную, нам нужно моделировать оба компонента», — сказал Салман Хабиб, руководитель проекта и директор Отдела вычислительных наук Аргоннской национальной лаборатории, в пресс-релизе Ок-Риджской национальной лаборатории.
Темная материя — это гипотетическая форма материи, невидимая, потому что она не излучает и не отражает свет, что объясняется исключительно ее гравитационными эффектами. Обычная материя, с другой стороны, включает в себя все, что поддается наблюдению и состоит из атомов: звезды, планеты, межзвездный газ и т.д. До сих пор при моделировании огромных участков Вселенной ученым приходилось довольствоваться приближенными расчетами, основанными исключительно на гравитации. По словам Хабиба, теперь эти расчеты позволяют интегрировать другие физические силы, чтобы получить результаты, охватывающие миллиарды лет расширения. Объем 311 296 кубических мегапарсек Демонстрационное видео, опубликованное командой, представляет собой лишь крошечный 0,001% от общего объема, смоделированного ExaSky. Тем не менее, оно дает представление о масштабах моделирования. Показанные размеры охватывают объем в 311 296 кубических мегапарсек (для справки, 1 мегапарсек эквивалентен примерно 3,26 миллиона световых лет). На нем видно массивное скопление галактик в процессе формирования и агрегации.
Этот успех — плод многолетних усилий. Код моделирования HACC (Hardware/Hybrid Accelerated Cosmology Code) был разработан 15 лет назад и с тех пор подвергся многочисленным усовершенствованиям. Эти усилия позволили запустить HACC на мощных суперкомпьютерах, способных выполнять более миллиарда миллиардов вычислений в секунду, особенно на тех, которые используют графические ускорители (GPU) для увеличения своей вычислительной мощности. На Frontier HACC работает почти в 300 раз быстрее, чем предыдущие эталоны на других суперкомпьютерах.