|
Новая планка для моделирования Вселенной
|
|
|
|
Вселенная только что стала намного больше — по крайней мере, в мире компьютерных симуляций. В начале ноября исследователи Аргоннской национальной лаборатории Министерства энергетики США использовали самый быстрый суперкомпьютер на планете для проведения крупнейшего из когда-либо проводившихся астрофизических симуляций Вселенной.
|
|
|
|
Это достижение было достигнуто с помощью суперкомпьютера Frontier в Национальной лаборатории Ок-Риджа. Расчеты задают новый уровень для моделирования космологической гидродинамики и обеспечивают новую основу для одновременного моделирования физики атомной и темной материи. Масштаб моделирования соответствует исследованиям, проводимым обсерваториями с большими телескопами, что до сих пор было невозможно в таком масштабе.
|
|
|
|
"Во Вселенной есть два компонента: темная материя, которая, насколько нам известно, взаимодействует только гравитационно, и обычная материя, или атомная материя", — сказал руководитель проекта Салман Хабиб, директор отдела вычислительных наук в Аргонне.
|
|
|
|
"Итак, если мы хотим знать, что происходит во Вселенной, нам нужно смоделировать обе эти вещи: гравитацию, а также всю остальную физику, включая горячий газ и образование звезд, черных дыр и галактик", - сказал он. "Так сказать, астрофизическая "кухонная раковина". Эти модели мы называем моделями космологической гидродинамики".
|
|
|
|
|
|
|
Неудивительно, что моделирование космологической гидродинамики значительно более затратное с точки зрения вычислений и гораздо более сложное в выполнении по сравнению с моделированием расширяющейся Вселенной, которое включает в себя только воздействие гравитации.
|
|
|
|
"Например, если бы мы смоделировали большой участок Вселенной, наблюдаемый одним из крупных телескопов, таких как обсерватория Рубина в Чили, мы бы рассматривали огромные отрезки времени — миллиарды лет расширения", - сказал Хабиб. "До недавнего времени мы даже представить себе не могли проведение такого масштабного моделирования, кроме как в приближении, основанном только на гравитации".
|
|
|
|
Суперкомпьютерный код, используемый при моделировании, называется HACC, что означает аппаратный/гибридный ускоренный космологический код. Он был разработан около 15 лет назад для машин petascale. В 2012 и 2013 годах HACC был финалистом премии Гордона Белла в области вычислительной техники Ассоциации производителей вычислительной техники.
|
|
|
|
Позже HACC был значительно модернизирован в рамках ExaSky, специального проекта под руководством Хабиба в рамках проекта Exascale Computing Project, или ECP. Проект объединил тысячи экспертов для разработки передовых научных приложений и программных средств для грядущей волны суперкомпьютеров класса exascale, способных выполнять более квинтиллиона или миллиарда миллиардов вычислений в секунду.
|
|
|
|
В рамках ExaSky исследовательская группа HACC потратила последние семь лет на добавление новых возможностей в код и его повторную оптимизацию для работы на компьютерах exascale, оснащенных ускорителями GPU. Требование ECP состояло в том, чтобы коды выполнялись примерно в 50 раз быстрее, чем раньше, на Titan, самом быстром суперкомпьютере на момент запуска ECP. Запущенный на суперкомпьютере Frontier класса exascale, HACC был почти в 300 раз быстрее, чем эталонный запуск.
|
|
|
|
В ходе нового моделирования была достигнута рекордная производительность благодаря использованию примерно 9000 вычислительных узлов Frontier, работающих на графических процессорах AMD Instinct MI250X. Frontier находится в центре лидерских вычислений ORNL в Ок-Ридже, или OLCF.
|
|
|
|
"Это не только размер физической области, который необходим для прямого сравнения с современными обзорными наблюдениями, получаемыми с помощью масштабных вычислений", - сказал Бронсон Мессер, научный директор OLCF. "Это также дополнительный физический реализм, включающий барионы и всю другую динамическую физику, которая делает эту симуляцию настоящим испытанием для Frontier".
|
|
|
|
Помимо Хабиба, в состав команды HACC, участвовавшей в разработке achievement и других симуляциях, связанных с работой над Frontier, входят Майкл Бьюлманн, Джей Ди Эмберсон, Катрин Хайтманн, Патриция Ларсен, Адриан Поуп, Эстебан Ранхель и Николас Фронтьер, которые руководили симуляциями Frontier.
|
|
|
|
Перед запуском Frontier на суперкомпьютере Perlmutter в Национальном научно-вычислительном центре энергетических исследований (NERSC) Национальной лаборатории Лоуренса Беркли было проведено сканирование параметров для определения HACC. HACC также был запущен в массовом масштабе на суперкомпьютере exascale-класса Aurora в Argonne Leadership Computing Facility, или ALCF.
|
|
|
|
Источник
|
