11 月 27 日消息，據(jù)新華社，美國(guó)能源部阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室科學(xué)家 11 月初利用橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的“前沿（Frontier）”超級(jí)計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)了迄今最大規(guī)模宇宙天體物理模擬。

這為宇宙流體力學(xué)模擬設(shè)定了新基準(zhǔn)，也為模擬原子物質(zhì)和暗物質(zhì)的物理特征奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

“宇宙中有兩個(gè)組成部分：暗物質(zhì)（據(jù)目前所知，它只會(huì)與引力產(chǎn)生相互作用）和常規(guī)物質(zhì)，或原子物質(zhì)”，項(xiàng)目負(fù)責(zé)人、阿貢計(jì)算科學(xué)部主任 Salman Habib 表示。

“因此，如果我們想知道宇宙在做什么，我們需要模擬這兩件事：引力以及所有其他物理現(xiàn)象，包括熱氣體、恒星和黑洞的形成。”他將其比作是天體物理學(xué)的“廚房水槽”，“這些模擬就是我們所謂的宇宙流體動(dòng)力學(xué)模擬”。

與僅涉及引力效應(yīng)的膨脹宇宙模擬過(guò)程相比，宇宙流體動(dòng)力學(xué)模擬在計(jì)算成本上明顯更高，并且執(zhí)行難度更大。

“例如，如果我們要模擬智利魯賓天文臺(tái)等大型望遠(yuǎn)鏡所觀測(cè)到的大片宇宙，那么我們就要觀察數(shù)十億年的膨脹。”“在此之前，我們甚至無(wú)法想象除了在僅考慮引力的近似下進(jìn)行如此大規(guī)模的模擬。”

據(jù)介紹，此次模擬中使用的超算代碼稱為 HACC，是硬件 / 混合加速宇宙學(xué)代碼的縮寫。不過(guò)，它原本屬于是為 15 年前千萬(wàn)億級(jí)計(jì)算機(jī)開發(fā)的代碼，后來(lái)隨著 ExaSky 框架的升級(jí)而升級(jí)，現(xiàn)在已經(jīng)能夠應(yīng)對(duì)百億億次級(jí)計(jì)算機(jī)的應(yīng)用。

ExaSky 是 Habib 在 Exascale Computing Project (ECP) 內(nèi)領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)特殊項(xiàng)目，而 ECP 則是一個(gè)從 2016 年持續(xù)到 2024 年的 18 億美元（IT之家備注：當(dāng)前約 130.59 億元人民幣）的 DOE 計(jì)劃，匯集了數(shù)千名專家，旨在為每秒執(zhí)行超千萬(wàn)億次或十億億次計(jì)算的超級(jí)計(jì)算機(jī)開發(fā)先進(jìn)程序和軟件。

作為 ExaSky 的一部分，HACC 研究團(tuán)隊(duì)在過(guò)去七年中為代碼添加了新功能，并對(duì)其進(jìn)行了重新優(yōu)化，以便在基于 GPU 加速器的百億億次級(jí)機(jī)器上運(yùn)行。據(jù)稱，HACC 在 Frontier 上運(yùn)行時(shí)的速度幾乎是參考運(yùn)行速度的 300 倍。

這項(xiàng)新的模擬使用了 Frontier 大約 9,000 個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)，并由 AMD Instinct MI250X GPU 提供支持，實(shí)現(xiàn)了破紀(jì)錄的性能。“這不僅僅是物理域的絕對(duì)規(guī)模，這對(duì)于與百億億次計(jì)算與現(xiàn)代觀測(cè)進(jìn)行直接比較所必需的，”O(jiān)LCF 科學(xué)主任 Bronson Messer 說(shuō)，“它還包括了包括重子和所有其他動(dòng)態(tài)物理學(xué)的額外物理真實(shí)性，從而使得這種模擬成為 Frontier 的真正杰作。”